[發(fā)明專利]一種利用常規(guī)四級質(zhì)譜儀準確測量氫、氘、氦分壓的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110111092.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112924522B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 余耀偉;陳躍;曹斌;王俊儒;左桂忠;胡建生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

1.一種利用常規(guī)四級質(zhì)譜儀準確測量氫、氘、氦分壓的方法，其特征在于：選擇兩個預定的電離能，在純氫氣、純氘氣和純氦氣的寬范圍真空環(huán)境下進行四級質(zhì)譜儀的標定，獲得在選定的兩種電離能下各種氣體壓強與AMU2和AMU4的離子流的對應關(guān)系；在后續(xù)四級質(zhì)譜儀測量中，同時掃描選定的兩種電離能條件下的AMU2和AMU4的離子流，通過分析計算，獲得氫氣、氘氣和氦氣的準確分壓，具體步驟包括：

a)選擇兩個預定的電離能參數(shù)E1、E2，分別為低電離能和高電離能，選擇的原則是：15.4E124.5eV，E225.3eV；

b)在四級質(zhì)譜儀標定測試系統(tǒng)上，在四級質(zhì)譜儀工作壓強范圍內(nèi)，在選定的兩個電離能條件下，分別在純氫氣、純氘氣和純氦氣環(huán)境下標定四級質(zhì)譜儀，確定電離能、氣體壓強與AMU2和AMU4的離子流之間的關(guān)系；

c)根據(jù)步驟b)的標定結(jié)果，在選定的兩個電離能條件下純氫氣、純氘氣和純氦氣的氣體壓強與AMU2和AMU4的離子流之間的定量關(guān)系如下：

I_{E1_AMU2_H2}＝f₁(P_H2)(1)

I_{E1_AMU2_D}＝f₂(P_D2)(2)

I_{E1_AMU4_D2}＝f₃(P_D2)(3)

I_{E1_AMU4_He}＝f₄(P_He)(4)

I_{E2_AMU2_H2}＝g₁(P_H2)(5)

I_{E2_AMU2_D}＝g₂(P_D2)(6)

I_{E2_AMU4_D2}＝g₃(P_D2)(7)

I_{E2_AMU4_He}＝g₄(P_He)(8)

其中P_H2、P_D2和P_He分別是氫氣、氘氣和氦氣的氣壓，單位為Pa；I_{E1_AMU2_H2}、I_{E1_AMU2_D}、I_{E1_AMU4_D2}和I_{E1_AMU4_He}分別是在電離能E1條件下H_2+、D⁺、D₂⁺和He⁺的離子流，I_{E2_AMU2_H2}、I_{E2_AMU2_D}、I_{E2_AMU4_D2}和I_{E2_AMU4_He}分別是在電離能E2條件下H_2+、D⁺、D₂⁺和He⁺的離子流；由于E1小于氘原子和氦分子的電離閾值，因此

I_{E1_AMU2_D}＝0(9)

I_{E1_AMU4_He}＝0(10)

在四級質(zhì)譜儀的工作氣壓范圍內(nèi)，在兩個電離能條件下純氫氣、純氘氣和純氦氣的絕對氣壓與四級質(zhì)譜儀掃描AMU2和AMU4的離子流之間呈單調(diào)上升的函數(shù)關(guān)系；f₁～f₄、g₁～g₄分別代表預定的兩種電離能條件下各氣體壓強與AMU2和AMU4的離子流關(guān)系的函數(shù)；

d)實際使用四級質(zhì)譜儀對氘氣和氦氣測量時，同時在預定的兩個電離能條件下掃描AMU2和AMU4，得到兩種離子流數(shù)據(jù)I_{E1_AMU2、}I_{E1_AMU4、}I_{E2_AMU2}和I_{E2_AMU4}，這是由氫氣、氘氣和氦氣的分子和原子電離后共同貢獻的，

I_{E1_AMU2}＝I_{E1_AMU2_H2}+I_{E1_AMU2_D}?(11)

I_{E2_AMU2}＝I_{E2_AMU2_H2}+I_{E2_AMU2_D}?(12)

I_{E2_AMU4}＝I_{E2_AMU4_D2}+I_{E2_AMU4_He}?(13)

e)根據(jù)步驟c)的標定結(jié)果和d)的測量結(jié)果，結(jié)合式(1)、(9)和(11)確定氫氣的氣壓P_H2；

f)根據(jù)步驟c)的標定結(jié)果、d)的測量結(jié)果以及e)的計算結(jié)果，將P_H2結(jié)果帶入式(5)、(6)和(12)計算得到氘氣的氣壓P_D2，最后將P_D2帶入式(7)、(8)和(13)，計算得到氦氣的氣壓P_He。