[發明專利]一種測量微球內部氣體壓強的裝置及方法

有效

• 申請號: 201711095075.2
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107870056B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 王宗偉;陸曉明;馬小軍;王琦;孟婕;胡勇;高黨忠;陳雪;唐興;葉成鋼;顧倩倩
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01L11/00
• 分類號: G01L11/00
• 代理公司: 51210 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 翟長明;韓志英

本發明的公開了一種測量微球內部氣體壓強的裝置及方法，該裝置和方法是通過在真空殼內采用波紋管式的壓碎機構壓碎待測微球和標定球，通過壓碎前后真空殼的氣壓變化，標定真空殼的體積并精確測量微球內部氣體壓強。該裝置和方法適用于對微球殼層透明性和成分無要求的、測量大范圍直徑微球和吸附性氣體的微球內部氣體壓強精密測量裝置及方法。

技術領域

本發明屬于氣體物性測量技術領域，具體涉及一種測量微球內部氣體壓強的裝置及方法。

背景技術

在高能量密度物理、聚變能源利用等科學研究及國防軍事應用領域中，微球作為一種燃料容器有著廣泛的應用，微球內的燃料氣體的壓強關系到反應效率、聚變過程壓縮的對稱性等重要物理過程，是非常重要的物理參數。微球殼層材料因適用于各種應用需求，殼層材料具有多樣性的特點，如玻璃、高分子聚合物、金屬鈹及高密度碳等微球。目前的光學測量方法可測量玻璃、高分子聚合物等透明殼層材料微球內部氣體的壓強，但對于透明度差、甚至不透明殼層材料的微球內部氣體壓力的高精度測量問題則存在測量吸附性氣體的適用性、標定不夠精確和微球尺寸適用性的問題。

美國國家標準局的Michael. C. Drake等人于1992年在《J. Appl. Phys.》期刊中發表了題為《Nondestructive analysis of laser fusion microsphere target usingrotational Raman spectroscopy》的文章，公開了一種基于拉曼散射光譜分析的微球內氘氣的測量方法，該方法基于拉曼活性氣體的散射特性測量氣體的壓強。該方法的不足之處是：只能測量透明微球及拉曼活性氣體的壓強。美國通用原子能機構的Steinman等人于2007年在《Fusion science and technology》期刊中發表了題為《Developments incapsule gas fill half-life determination》的文章，公開了一種在微球充氣前后，通過測量微球內部氣體光程變化的氣壓測量方法。該方法的不足之處是：只能測量透明微球、且單一組分的氣體。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Salazar等人于2000年在《FusionTechnology》期刊中發表了《Pressure testing of micro balloons by bursting》，公開了一種破壞性的微球內氣體壓強測量方法及裝置。其方法是將微球置于凹槽內，在真空狀態下壓碎微球，微球內的氣體充滿密閉容器，采用氣壓計測量此時氣壓，通過已知的密閉容器的體積和微球的體積，計算出微球內氣體壓強。該方法的不足之處是：對于吸附性較強的氣體（如氚氣），氣體易吸附在密閉容器中，會對氣體壓強測量結果產生較大影響，所以不適合測量吸附性較強的氣體；微球壓碎機構通過壓緊密封圈旋進并壓碎微球，旋進量在密封圈的彈性位移范圍內，只能測量尺寸相對較小的微球。通過壓碎機構旋進量和氣壓計標定密閉空間體積，由于壓碎機構旋進量較小，導致標定的密閉空間體積誤差較大；

可見，現有方法的共性問題在于缺少一種適用于對微球殼層透明性和成分無要求的、測量大范圍直徑微球的、測量吸附性氣體的、能夠精確標定的微球內部氣體壓強測量裝置及方法。

發明內容

本發明所要解決的一個技術問題是提供了一種測量微球內部氣體壓強的裝置，本發明要解決的另一個技術問題是提供了一種測量微球內部氣體壓強的方法，本發明要解決的再一個技術問題是提供了一種適用于測量微球內部氣體壓強的裝置的吸附氣體去除方法。

本發明的一種測量微球內部氣體壓強的裝置，其特點是，真空殼、微球壓碎機構、標定球壓碎機構、真空泵、真空閥、真空計和吸附氣體去除裝置；所述的真空殼中嵌入吸附氣體去除裝置，吸附氣體去除裝置包括加熱組件與冷卻管路，加熱組件加熱真空殼，冷卻管路冷卻真空殼；