[发明专利]一种氢渗透测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢渗透测量装置系统，特别涉及一种用于不同温度下氢渗透测量的实验装置系统，属于热核聚变领域。

背景技术

现有技术中，常常将不锈钢等材料制作成储存氢气的容器，但是一般的不锈钢材料对于氢气的渗透抵抗能力较弱，通常存在氢的扩散和渗透问题。金属材料中的氢渗透可能导致氢脆等现象发生，影响材料的结构强度，给使用氢气的设备带来了严重的安全隐患。

在热核聚变领域，需要使用到氢的同位素：氘、氚作为热核聚变的燃料，对于氘、氚的储存的要求则比一般的氢气储存更加严格。因为氘、氚的渗漏不但会造成昂贵的热核反应堆的原料流失，而且流失的氘、氚还会对环境或装置造成严重的放射性污染，长期渗漏氘、氚的储存材料容易出现结构材料的氢脆，引起严重的安全隐患。

与此同时，在现有的氢同位素气体提取技术中，金属薄膜接触提氚是一项很重要的氢同位素提取技术。氢同位素在金属薄膜中的扩散和渗透速率的准确测量对氢同位素气体提取装置的结构设计，材料应用有着至关重要的作用。

虽然，对于储氢材料的研究十分广泛，但是并没有一个很好的评判标准或装置可以准确的确定某种材料的氢同位素渗透率，进而限制了储氢材料，氢渗透材料和阻氢涂层等技术的发展。特别是对于需要定量研究材料的储氢性能的时候，不同材料的定量的渗透率无法精确测定，使得改进后材料的综合性能难以表征，无法有效的将不同的技术之间进行结合发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中缺少对于材料的氢渗透率的测量装置的不足，提供一种氢渗透率测量装置系统。以方便热核聚变研究领域，对于获得氢同位素气体在各种材料中的渗透、扩散、溶解等热力学特性参数和热力学方程，研究氢同位素在不锈钢材料中的扩散行为和渗透规律。特别是可以定量的研究明确各种不锈钢材料的氢渗透率。当然，本发明的装置系统还可以测试氢、氘、氚、氦等气体在不同材料中的渗透率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种氢渗透率测试系统，包括真空管路单元、加热温控炉单元、质谱仪单元。

所述加热温控炉单元用于实现对于测试材料的加热控温作用，使材料处于不同的温度条件下；在加热温控炉单元内部设置有测试材料的工装测试部分；测试材料固定在工装测试部分上，测试材料的两侧分别连接气源和真空管道系统，实现氢渗透率的测试。

所述真空管路单元包括了样品容器、第一涡旋真空泵、第一分子泵和氢气标准漏孔；样品容器和氢气标准漏孔连接在主干管线上，主干管线的一端与设置在加热温控炉单元内部的真空管道系统连接，主干管线的另一端连接第一分子泵，在第一分子泵排气端连接第一涡旋真空泵。在样品容器上设有真空规。所述样品容器和主干管线之间设置有微调阀。所述氢气标准漏孔和主干管线之间设置有阀门。

所述质谱仪单元包括了依次连接的第二涡旋真空泵、第二分子泵和RGA（残余气体分析）质谱仪，RGA质谱仪连接在主干管线上，且RGA质谱仪和主干管线之间连接有阀门。

本发明的氢渗透率测试系统同时包括了两部分的氢渗透率测试部分，其中高真空管路单元的样品容器可以对应测试渗透率较高的材料测试过程中渗透到主干管线内的氢气总量，而质谱仪单元的测试部分则可以利用RGA质谱仪对十分微量的氢渗透进行精确的测量，实现了不同含量比例的氢气测试分析，达到了精确可靠的氢气渗透率的测试分析。本系统主要作用是实现了定量的测量从材料一侧渗透过来的氢气。本发明中分子泵和涡旋真空泵实现两级抽真空处理，达到极高的真空度，同时涡旋真空泵保护分子泵抽真空处理的气体压力负荷较低，不会因为气体压力/真空负荷过大而损坏。

更具体的来说，样品容器可以装入较多的渗透氢气，然后通过真空规测定其内部的气压变化，通过样品容器的容积和气压变化的数值计算出渗透氢气在总量。当渗透率较低的时候，由测试材料渗透的氢气较少，此时将样品容器前和主干管线之间的阀门关闭，打开质谱仪和主干管线之间的阀门，利用RGA质谱仪精确的检测微量的氢气成分，达到对于微小渗透率的精确测试的目的。

显然，本发明的氢渗透率测试系统还可以应用于氢同位素、He等气体作为渗透介质的渗透率测试中，应当将此视为氢渗透率测试系统的等同应用情况。