Исследование методико-метрологических особенностей и разработка масс-спектрометрической аппаратуры для количественного анализа DT топливных смесей термоядерных реакторов

Милешкин, Юрий Анатольевич

Исследование методико-метрологических особенностей и разработка масс-спектрометрической аппаратуры для количественного анализа DT топливных смесей термоядерных реакторов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Милешкин, Юрий Анатольевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование методико-метрологических особенностей и разработка масс-спектрометрической аппаратуры для количественного анализа DT топливных смесей термоядерных реакторов»

Автореферат диссертации на тему "Исследование методико-метрологических особенностей и разработка масс-спектрометрической аппаратуры для количественного анализа DT топливных смесей термоядерных реакторов"

На правах рукописи УДК 621.039.6

Милешкин Юрий Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИКО-МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА Б-Т ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ

Специальность 01.04.13 - электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2003

Работа выполнена в ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А.Бочвара».

Научный руководитель: к.т.н., с.н.с. Рязанцева Н.Н. Научный консультант: д.т.н., профессор Саксаганский Г.Л.

Официальные оппоненты: д.т.н., с.н.с. Титов В.В.,

к.т.н., с.н.с. Бортнянский А.Л.

Ведущая организация: Институт аналитического приборостроения РАН, г.Санкт-Петербург

заседании диссертационного совета Д201.006.01 Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова в Доме Ученых НИИЭФА (196631, г. Санкт-Петербург, пос. Металлострой, ул. Полевая, 12)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА им. Д.В.Ефремова.

Автореферат разослан

Защита состоится ¿У №. е..

на

Ученый секретарь \ Ч—-—

диссертационного совета_\ д.т.н., профессор Шукейло И.А.

£ооз-А "ибо?С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С первой половины 50-х годов в нашей стране и за рубежом проводятся комплексные исследования и разработки, направленные на освоение энерготехнологий на основе управляемого термоядерного синтеза (УТС) и создание экспериментального термоядерного реактора (ТЯР). Наибольшие успехи к настоящему времени достигнуты на тороидальных системах с магнитным удержанием плазменного шнура (токамаки, стеллараторы).

Отечественные программы за последние 40 лет были ориентированы преимущественно на токамаки.

В разные годы они включали:

• исследования по физике высокотемпературной плазмы и сопутствующие инженерно-физические разработки в приложении к средне- и крупномасштабным установкам;

• концептуальные и эскизные разработки прототипов термоядерного реактора-токамака (Т-20, ГТРТ, ОПТЯЭС, OTP);

• проектные разработки, математическое и физическое моделирование и выполнение поддерживающих НИОКР в рамках международной программы экспериментального реактора-токамака ИНТОР-ИТЭР

Наряду с изучением физики высокотемпературной плазмы на крупных термоядерных установках, со второй половины 70-х годов все большее внимание уделяется решению инженерно-физических задач УТС. В их числе создание методик и надежной аппаратуры для непрерывного изотопного и химического 'анализа топливной смеси. Такой анализ необходим для эффективного решения триединой задачи современных исследований по проблеме УТС. Во-первых, на его основе формируется база экспериментальных данных для адекватной феноменологической интерпретации физических процессов, наблюдаемых в плазме. Во-вторых, по его результатам осуществляется автоматизированное управление и оптимизация эксплуатационных режимов реактора и при необходимости корректируются параметры рабочего цикла. В-третьих, результаты такого анализа являются ключевым элементом обеспечения эксплуатационной безопасности реактора, что имеет принципиальное значение в виду высокой радиотоксичности трития.

Основные компоненты исходной топливной смеси термоядерных реакторов - дейтерий и тритий. Кроме того, в состав отработанной топливной смеси входят несколько десятков примесных газов, включая протай, азот и его соединения, кислород, аргон, оксиды, углеводороды, более сложные газообразные соединения - продукты объемных и поверхностных плазмохимических реакций. Анализ должен осуществляться как в различных элементах и подсистемах вакуумно-тритиевого контура, так и в системах внешнего топливного контура и технологического обеспечения безопасности

' I :ЬНАЯ ГЕКА

реактора. Парциальное содержание отдельных компонент в разных зонах контроля может различаться в сотни и тысячи раз; кроме того, оно подвержено значительным временным вариациям. Пороговая чувствительность и допустимая погрешность измерений также колеблются в очень широких пределах: от 10 % об. (контроль содержания тяжелых примесных газов) до ~ 1% об. (изотопный технологический контроль).

Таким образом, специализированная автоматизированная аппаратура изотопного и химического анализа топливной смеси должна выполнять следующие функции:

• измерение изотопного состава водорода (Н2, 02, Т2) и гелия (3Не, 4Не) в исходной и отработанной топливных смесях в вакуумно-тритиевом контуре и технологических системах реактора в реальном масштабе времени с погрешностью 1%;

• прецизионный анализ изотопного состава водорода и гелия в топливной смеси при балансовых, арбитражных и эталонных измерениях;

• определение парциального содержания примесных газов в исходной и отработанной топливных смесях в реальном масштабе времени с пороговой чувствительностью не менее 10"*% об.;

• формирование первичной базы экспериментальных данных для систем автоматизированного управления реактором, оптимизации эксплуатационных режимов оборудования топливного цикла и обеспечения радиационной безопасности.

Наибольшей информативностью и эксплуатационной гибкостью в обсуждаемом контексте обладает масс-спектрометрическая аппаратура. Ее высокоэффективное использование возможно, однако, лишь при оптимальном сочетании ряда научно-методических, физико-технических и информационно-технологических факторов. К примеру, само по себе увеличение степени автоматизации измерительного процесса отнюдь не всегда тождественно повышению быстродействия, росту чувствительности и снижению погрешности измерений, поскольку эти параметры существенно зависят также от радиационного фона трития, содержащегося в анализируемой смеси, примененных методик сбора и математической обработки экспериментальной информации, эксплуатационной стабильности характеристик масс-анализатора, алгоритма использования результатов для текущего управления параметрами топливного цикла и т. п.

К началу авторских изысканий взаимосвязь перечисленных факторов практически не учитывалась, и инженерные рекомендации по созданию автоматизированной масс-спектрометрической аппаратуры для изотопного и химического анализа топливной смеси в термоядерных реакторах отсутствовали.

Эти обстоятельства предопределили нижеследующие пели диссертационной работы:

системное изучение физических и методико-метрологических проблем прецизионной масс-спектрометрии дейтериево-тритиевой (ОТ) топливной смеси термоядерных установок и реакторов;

разработка на этой основе методик и аппаратуры для проведения эталонного и технологического анализа изотопного и химического состава топливной смеси;

экспериментальная апробация и метрологическая аттестация разработанных методик и аппаратуры на технологическом оборудовании вакуумно-тритиевого контура токамака ТСП с применением отечественных промышленных масс-спектрометров, подвергнутых существенной модернизации;

расчетное обоснование ионно-оптического тракта лабораторного образца специализированного масс-спектрометра с двойной фокусировкой для прецизионных измерений изотопного состава топливной смеси, экспериментальное определение его аналитических и эксплуатационных характеристик и его метрологическая аттестация;

разработка компактного статического масс-спектрометра с улучшенными аналитическими характеристиками для химического и изотопного анализа топливной смеси в технологических системах ТЯР.

Научная новизна работы: определены критические параметры масс-спектрометрической аппаратуры для анализа топливной смеси ТЯР. Показано, что для прецизионного определения изотопного состава рабочих компонент топливной смеси разрешающая способность должна быть не менее 2500, а химического состава - не менее 26000.

выполнены детальные измерения парциального состава паспортизованного газа для калибровки аппаратуры. Кроме основных рабочих газов (СО, N2, СН,, СБ4, Аг, Ог, С02, Н2), обнаружены М)2Н, Ш3, С2Н5, С2Ш3 и дуле компоненты с индивидуальным парциальным содержанием не более 10"3%; разработаны и на вакуумно-тритиевом контуре токамака ТСП экспериментально подтверждены методики изотопного и химического анализа топливной смеси;

обосновано применение магнитного масс-анализатора с двойной фокусировкой и экспериментально подтверждено соответствие его аналитических характеристик требуемым;

теоретически показана принципиальная возможность создания малогабаритного статического масс-спектрометра для анализа топливной смеси ТЯР в реальном масштабе времени.

Практическая значимость работы:

• сформулированы технические требования к масс-спектрометрическим установкам для прецизионного и технологического анализа изотопного и химического состава топливной смеси ТЯР;

• разработан ионно-оптический тракт лабораторного образца специализированного масс-спектрометра МИ 3305 для прецизионных измерений изотопного состава топливной смеси. Экспериментально определены аналитические характеристики масс-спектрометра и осуществлена его метрологическая аттестация. Прибор не имеет отечественных аналогов;

• разработанные методики изотопного и химического анализа реализованы на масс-спектрометрическом комплексе токамака ТСП;

• выполнено проектное обоснование, разработаны и успешно испытаны узлы компактного масс-спектрометра с существенно улучшенными аналитическими и эргономическими характеристиками для химического и изотопного анализа топливной смеси в технологических системах ТЯР в реальном масштабе времени;

• предложенные технические решения и научно-методические рекомендации использованы при проектной разработке реактора ИТЭР.

На защиту выносятся:

• научно-методическое обоснование критических параметров масс-спектрометрической аппаратуры для прецизионного и технологического анализа изотопного и химического состава топливной смеси ТЯР;

• результаты разработки, экспериментальной апробации и метрологической аттестации предложенных методик измерений на технологическом оборудовании вакуумно-тритиевого контура токамака ТСП;

• технические решения, результаты изучения аналитических и эксплуатационных характеристик специализированного масс-спектрометра МИ 3305 для прецизионных измерений изотопного состава топливной смеси и его метрологической аттестации;

• результаты проектирования и экспериментальной отработки основных функциональных узлов компактного масс-спектрометра нового поколения для анализа топливной смеси в технологических системах ТЯР в реальном масштабе времени.

Апробация работы

Основные материалы диссертации были представлены и обсуждены на Всесоюзной конференции по масс-спекгрометрии, Сумы, 1986г.; 4ой и 5ой Всесоюзных конференциях по инженерным проблемам ТЯР, Ленинград, 1988 г., 1990 г.; международных симпозиумах, семинарах и рабочих группах: The Second International Symposium on Fusion Nuclear Technology, 1991, Karlsruhe, Germany; 18th SOFT, 1994, Karlsruhe, Germany; the Second Tritium Plant Group Technical Meeting, February, 1995, Naka, Japan; 19th SOFT, 1996, Lisboa, Portugal;

Microspheres-Microcapsules and laser targets technology specialists workshop. Fundamentals and Applications. 1997, Moscow; Workshop on: Tritium Experience in Large TOKAMAKS, 1998, Princeton Plasma Physics Laboratory, USA;, Международном семинаре IHISM'Ol, 2001, Саров; Tritium 2001, Tsukuba, Japan.

Публикации работы

По материалам диссертационной работы опубликованы 6 статей в научной периодике и 6 докладов в трудах конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 104 страницы, включая 57 рисунков, 27 таблиц и библиографию из 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Определено место масс-спектрометрического анализа в установках термоядерного синтеза и возможности решения проблем газового изотопного и химического анализов DT топливных смесей.

В настоящее время для контроля состава DT топливных смесей применяются радиометрический, хроматографический, масс-спектрометрический методы, а также методы теплопроводности и раман-спектроскопии. Масс-спектрометрический метод имеет ряд преимуществ, так как позволяет одновременно проводить изотопный и химический анализ за относительно короткий промежуток времени.

В публикациях 60-90-х годов содержалось мало сведений, имеющих отношение к решаемой задаче. В трудах Киршенбаума, Барнарда и Биркенфельда рассмотрена техника масс-спектрометрического анализа водорода, источники ошибок анализа, а также методы их учета и уменьшения. В работах Шота рассмотрено влияние системы откачки на результаты анализа. К сожалению, эти материалы базируются на аппаратуре 40-60-х годов и представляют скорее исторический интерес. Практически не было открытых публикаций о специализированных масс-спектрометрах, предназначенных для изотопного анализа водородно-гелиевых смесей. Исключение составили разработки ФТИ им.А.Ф.Иоффе для изотопного анализа гелия, а также работы РФЯЦ ВНИИЭФ, ВНИИТФА и краткие упоминания в каталогах фирмы VG-Isotopes о масс-спектрометре GAZAB и фирмы Finnigan МАТ о масс-спектрометре МАТ250.

С учетом этих обстоятельств выбраны цели и сформулированы задачи настоящей работы, направленной на создание масс-спектрометрической аппаратуры и методик изотопного и химического анализов DT топливных смесей для установок термоядерного синтеза.

В первой главе изложены аналитические условия технологического контроля ОТ топливных смесей масс-спектрометрическим методом.

Требования к анализу топливных смесей определяются технологическим регламентом процесса. Обобщая эти требования для токамаков различных поколений, можно видеть, что в различных узлах установок (точках контроля) пределы содержания изотопов водорода и гелия и степень чистоты смесей находятся в следующих границах:

содержание изотопов водорода (Н2, Б2, Т2) колеблется от 0 до 100% (включая "чистый" тритий);

содержание изотопов гелия (3Не, 4Не) может быть от 0 до 100%; содержание примесей колеблется от 10"4 до 5%. В качестве примесей могут присутствовать кислород и оксиды различных элементов, углеводороды, азот и его соединения, неон, аргон и др.

Погрешность определения изотопного состава не должна превышать 0.1отн.%; химического - от 10 до 50%. Она определяется разрешающей способностью, чувствительностью масс-спектрометрической установки, формой ионного пика, способами регистрации и развертки масс-спектра. При проведении анализа топливных смесей из-за ионно-обменных реакций типа

Н2 + Б2 о 2НО Н2 + Т2 2НТ 02 + Т2 <» 2БТ и образования в источнике ионов атомарных и ассоциативных ионов необходимо регистрировать сложный многолинейчатый спектр (рис. 1). Это обуславливает необходимость высокой разрешающей способности и высокой чувствительности. Высокая изотопическая чувствительность необходима для увеличения динамического диапазона регистрации масс-спектра.

При разработке масс-спектрометрического метода контроля топливных смесей одна из ключевых особенностей связана со значительной разницей масс

Теоретическая разрешающая способность для регистрации мулыпиплетов

1300 189 930 2686 10201395 1626 225

150000 5001950 32491163

12 345 6 789

Н* 3Не*'Гт»*Н>* ОГП^ЩТ* Т2Н+Та* (НОН)'

О* Н,* 4Не+ В,' НТ* ВД>* Т,* В,* НИ* тр*

Рис. 1 Теоретический масс-спектр в области 1-9 а.е.м и необходимая разрешающая способность.

анализируемых изотопов. Поэтому системы отбора, напуска и откачки газовой пробы должны обеспечивать минимальную дискриминацию по массе.

Выбор систем отбора и напуска пробы в масс-спектрометрической установке подчинен следующим критериям:

интенсивность ионного пучка любого компонента газовой смеси должна быть пропорциональна его парциальному давлению и не должна зависеть от молекулярного веса;

наличие одного компонента не должно влиять на интенсивности пиков других компонент;

условия напуска газа должны оставаться постоянными во время проведения анализа.

На примере нескольких масс-спектрометрических установок проанализированы принципы выбора систем напуска для анализа водородно-гелиевых смесей.

Важнейшим требованием при работе масс-спектрометрической установки с тритийсодержащими смесями является снижение и стабилизация фона детекторов, вызываемого Р-распадом ядер трития. Без выполнения этого требования необходимая чувствительность и точность измерений практически не достижима. Метод детектирования ионов также влияет на чувствительность масс-спектрометров и их разрешающую способность. Сформулированы основные требования к детектору: максимальная чувствительность; обеспечение заданной точности анализа; обеспечение необходимой скорости записи спектров; стабильность характеристик во времени, необходимая разрешающая способность.

В заключение сформулированы основные физические предпосылки адекватного выбора типа и конструкции масс-спектрометра для анализа . топливной смеси:

наличие большого количества видов молекул изотопов водорода и присутствие изотопов гелия;

интенсивные ионно-обменные реакции между изотопами водорода и их соединениями с другими элементами;

значительное (3-х кратное) различие масс анализируемых изотопов водорода;

присутствие |3-радиоактивного изотопа водорода (трития).

Вторая глава посвящена обоснованию аналитических параметров масс-спектрометра для проведения прецизионного изотопного анализа топливных смесей. Приводятся также результаты разработки, исследования параметров и метрологической аттестации первого отечественного специализированного масс-спектрометра МИ3305.

При определении необходимых аналитических параметров специализированного масс-спектрометра учитывалось следующее:

1. Рабочая разрешающая способность определяется спектром дублетов и мультиплетов и должна быть не менее 2500 для изотопного анализа (с учетом того, что интенсивность некоторых ассоциативных ионов достаточно мала) и не менее 26000 для химического анализа (рис. 1).

2. Тип масс-спектрометра выбран по результатам детального сопоставительного анализа характеристик и эксплуатационных особенностей статических и динамических масс-анализаторов различных модификаций. Рассмотрены однокаскадный магнитный анализатор, двухкаскадный анализатор с комбинированным ионно-оптическим трактом, содержащим магнитную и электростатическую отклоняющие системы, времяпролетный отражательный анализатор (масс-рефлектрон) и квадрупольный анализатор. При требуемой разрешающей способности 2500 коэффициент пропускания однокаскадного магнитного анализатора для моноэнергетического ионного пучка не превышает 15%. Реальный пучок характеризуется относительным энергетическим разбросом ионов порядка -10"4. Поэтому при разумной величине коэффициента пропускания фактическая разрешающая способность однокаскадного магнитного анализатора будет существенно меньше требуемой.

Масс-рефлектрон с разрешающей способностью ~2500 должен иметь протяженное дрейфовое пространство; кроме того, достижение экстремально высокой чувствительности в этом приборе сопряжено с его усложнением. Для квадрупольного масс-спектрометра при работе с тритийсодержащими смесями характерен быстрый рост фонового тока (дрейф нуля).

По указанным причинам для разработанного прибора выбрана двухкаскадная схема (рис. 2). Ионно-оптический тракт включает безмагнитный источник ионов, электростатическую и магнитную отклоняющие и фокусирующие системы, коллиматоры, детектирующее устройство на основе цилиндра Фарадея; в режиме сканирования масс-спектра используется ВЭУ.

3. Выбор типа развертки, непрерывной или дискретной, определяется требованиями по точности и времени анализа. Время измерения одного пика рассчитывается, учитывая общую погрешность определения содержания компонент смеси (0.1%) и необходимое число регистраций величины интенсивности пика масс-спектра. Дискретная развертка масс-спектра требует получения пиков с плоской вершиной. В противном случае неизбежные нестабильности магнитного поля, ускоряющего напряжения, внешние помехи и т.д. будут приводить к неточности измерения величины ионного тока. При дискретной развертке время измерения величины интенсивности пика масс спектра практически, из-за влияния переходных процессов, составляет примерно 30% времени развертки. Для измерения 9 пиков рассчитанное время для масс-спектрометра МИ3305 равнялось 90 с.

Экспериментально полученные характеристики масс-спектрометра иллюстрируются данными рис. 3 - 4 и табл. 1 - 7.

1-источник ионов

2-электростатический анализатор

3-магнитный анализатор

4-коллектор

Рис. 2 Структурная схема масс-спектрометра МИ3305

На рис. 3 и 4 представлены экспериментальные результаты определения

В таблице 1 представлены результаты измерений состава двух газовых смесей изотопов водорода и гелия. Оценки среднего значения и среднеквадратического отклонения (СКО) даны после выявления и отбраковки выбросов по критерию Граббса.

В таблице 2 представлены результаты измерения парциального состава паспортизованной смеси 3Не и 4Не. Установлена незначимость расхождения результатов измерений на разработанном масс-спектрометре и паспортного

значения содержания изотопа.

№ смеси № опыта Содержание изотопа, об. %

н2 Вг <Не Не

1 1.107 51.500 46.211 0.944

2 1.163 51.610 46.260 0.950

3 1.126 51.500 46.365 1.001

4 1.122 51.200 46.328 1.037

5 1.173 51.439 46.319 1.009

6 1.139 51.292 46.425 0.945

7 1.144 51.236 46.657х 0.995

1 8 1.151 51.823 46.340 1.003

9 1.150 51.972 46.631" 0.989

10 1.143 51.504 46.547х 1.070

11 1.113 51.733 46.252 1.070

12 1.122 51.310 46.331 1.075

13 1.187 51.421 46.430 0.991

А 1.142 51.503 46.326 1.003

<т 0.024 0.2314 0.0711 0.0453

1 1.030 52.353 44.239 1.198

2 1.058 52.254 44.160 1.191

3 0.934 52.681 44.224 1.170х

4 0.952 52.300 44.194 1.191

2 5 1.008 52.490 44.310х 1.189

6 1.024 52.549 44.220 1.190х

7 0.980 52.498 44.492х 1.174

8 1.013 52.381 44.200

А 1.000 52.438 44,206 1.192

а 0.0416 0.0416 0.0279 0.0036

а 2. Результаты анализа смесей 3Не, 4Не

№ опыта Результат измерения содержания 'Не, % об. (А) Паспортное значение А„ + Дс

1 0.245

2 0.244

3 0.262

4 0.241

5 0.251 0.26 ±0.02

6 0.262

7 0.260

А 0.252

О ыетошош 0.01

Л 0.007

В таблицах 3 и 4 представлены результаты измерения состава паспортизованных смесей, содержащих тритий. Как видно, при концентрации трития в газовых смесях от 1 до 90% СКО результата единичного измерения любого из изотопов не превышает 0.1% отн.

Расховдение между результатами измерений на масс-спектрометре МИ3305 и результатами измерений, проделанных другими методами (радиометрическим, хроматографическим) не превышает 1-5% отн. Таблица 3. Результаты анализа смеси Н2, Рц Т2,3Не

№ опыта Содержание изотопа, об. %

Т2 Г>2 н2 Не

1. 39.452 48,698 6.162 5.688

2. 39.398 48.841 6.152 5.609

3. 39.243 48.855 6.231 5.671

4. 39.374 48.999 6.023 5.604

6. 39.304 48.999 6.052 5.645

6. 39.306 49.014 6.037 5.643

7. 39.269 49.029 6.087 5.644

8. 39.355 48.872 6.115 5.658

9. 39.377 48,875 6.125 5.663

10. 39.251 48.925 6.065 5.759

И. 39.278 48.960 6.092 5.671

12. 39.270 49.039 6.071 5.620

А 39.323 48.926 6.099 5.656

ст 0.0748 0.07694 0.05805 0.07292

Паспортное значение 39.37 48.95 6.05 5.6

Таблица 4. Результаты анализа смеси Н2, Рг, Т2, Не

№ опыта Содержание изотопа, об. %

н2 о2 т2

1. 6.1 1.83 91.95

2. 6.15 1.85 92.00

3. 6.15 1.85 92.00

4. 6.12 1.84 92.04

5. 6.14 1.83 92.03

А 6.13 1.84 92.00

а 0.05 0.01 0.03

Паспортное значение - - 92.6

Таблица 5. Результаты определения содержания примесей в

паспортизованном газе

№ Газы Масс-спектрометрический метод (Масс-спектрометр МИ3305) Хромате графический или спектрометрический методы Паспортные данные

1 н2 0.85 0.89 0.85

2 СО 0.80 0.99 0.82

3 СП,+СН, 0.10 0.10 0.10

4 N. 0.06 0.03 0.08

5 02 0.001 0.002 0.001

6 С02 <0.01 0.001 <0.01

7 Аг 0.001 - <0.01

Результат определения на масс-спектрометре МИ3305 содержания основных примесных компонент в паспортизованном газе представлен в таблице 5. Там же приведены результаты анализов, проделанных другими методами, и паспортные значения содержания отдельных примесей. При проведении химического анализа паспортизованной газовой смеси наряду с традиционными компонентами (СО, N2, СН4, СБ4, Аг, 02, С02, Н2) обнаружены также Ж>2Н, Ж>3, С2Н5, С2Ш3, С2Н6, N0, С2Н7, N011, С2Б4, С2Н8, С207Н, С2В5, ОА, НС1, С3Н5, С2ВД С2Н4, СШ, Ш, Ш3, СБзН, С3Нб, С3Н7. Парциальная концентрация вновь обнаруженных компонент не превышает 0.001 %.

Таблица 6. Результаты анализа изотопов неона

№ опыта Результат измерения на масс-спектрометре МИ 3305 Паспортные значения, полученные во ВНИИМ им.Д.И.Менделеева

2^е 15—= 22 N6 21 N6 (Азе, Аз,,)

1 9.69 36.36 20Ке .

2 9.75 36.84

3 9.69 37.45

4 9.69 36.73

5 9.75 37.46

6 9.64 36.98

7 9.72 36.53

8 9.73 37.26

9 9.76 35.45 22 -22Не -т:-=37.37 ±0.25 21 N6

10 9.71 36.84

11 9.66 36.18

12 9.67 36.49

13 9.70 37.24

14 9.71 37.27

15 9.71 37.26

16 9.70 35.89

17 9.71 37.20

А2 = 9.71 А3 = 36.79

о 0.05 1.2

Д2 = 0.02 Дз = 0.6

Изучена возможность использования смеси изотопов неона в качестве стандарта для изотопного анализа БТ смесей. В таблице 6 представлены результаты измерений состава паспортизованной смеси изотопов неона. Обнаружено незначимое расхождение между результатами измерения на масс-спектрометре МИ3305 и паспортными значениями. В нескольких организациях на различных типах масс-спектрометров проведены измерения изотопного состава газовой смеси неона, выпускаемой по ТУ-6-21-9-78. Как видно из

таблицы 7, часть результатов проделанных измерений имеет значимое расхождение с табличными значениями, хотя среднее квадратическое отклонение каждого измерения не превышало 0.1%. Наиболее вероятной причиной расхождения является неидентичность изотопного состава неона в различных баллонах, выпускаемых по ТУ-6-21-9-78. Поэтому для поверки различных масс-спектрометров рекомендовано использовать газ из одного и того же баллона.

Проведенные испытания опытного образца масс-спектрометра на газовых смесях, содержащих от 1 до 90 % трития, позволили отработать методики проведения химического и изотопного анализов БТ топливных смесей. Подтверждены также выводы о необходимых аналитических характеристиках специализированного масс-спектрометра для проведения количественного анализа топливной смеси термоядерных реакторов.

Таблица 7. Измерение изотопного состава неона

№ Мест измерения "Ne "Ne !JNe Оценка значимости расхождения с табличными значениями

Единичное определение. У. Среднее квадрата- ческое опиюнение определения. % Единичное определение. % Среднее квадратическое отклонение определения, % Единичное определение. % Среднее квадрата* ческое отклонение определения, %

1 СКБЛП, МИ3305 90.38 0.04 0.26 001 9.35 004 Значимо для результата анализа и незначимо для%е

2 ВНИИ НМ, МЮ305 90.56 0.05 0.26 001 9.16 0 05 Значимо дня результата анализа ^Ие, незначимо для "Ыеи^Ые

3 МИ1201В 90.50 0.06 0.267 9.23 0.05 незначимо

4 вниим им.Менделеева, МИ1201В 90.24 0.05 0.26 0.01 9.49 0.05 значимо

5 Табличные значения 90JI 0.27 9.22

В третьей главе обобщены результаты выполненных теоретических и

экспериментальных работ по созданию аппаратуры масс-спектрометрического контроля в технологических системах токамака "ГСП и проектных разработок систем масс-спектрометрического контроля для реакторов OTP и ИТЭР.

Для установки ТСП разработана, изготовлена и апробирована система масс-спектрометрического контроля изотопного и химического состава топливной смеси, разработаны и метрологически аттестованы соответствующие методики.

Применены масс-спектрометры производства ПО «Электрон» (г.Сумы, Украина) МХ7304 (в режиме «on-line») и МИ1201В (в режиме «on-line» и для лабораторных измерений). В их конструкции внесены изменения, отвечающие требованиям технологического регламента. Усовершенствован штатный источник ионов масс-спектрометра МИ1201В, разработаны система

напуска и устройство для отбора газовой пробы из тритиевой технологической системы. Экспериментально отработан следующий регламент проведения анализа:

вязкостная составляющая в общем газовом потоке не более 1 %; газовый поток через ионизационную камеру источника ионов Ю^-ЯО"6 (м3-Па/с);

продолжительность одного цикла анализа не более 30 мин.; частота проведения анализов не менее 1 анализ в час.

Исходя из условия, что давление в технологической системе 104-И03 Па, а в баллоне напуска ~ 100 Па и изменение состава пробы в баллоне напуска не более 1.5% за время анализа, разработана и испытана 4-х канальная система напуска. Для обеспечения необходимого режима течения газа разработан мембранный натекатель (мембрана с 10 отверстиями диаметром 6-7 мкм).

Разрешающая способность масс-спектрометра МИ1201В в диапазоне масс 1-9 а.е.м. не превышает 600. Поэтому для изотопного и химического анализов топливной смеси разработана специальная методика проведения и математической обработки результатов анализов (рис. 5).

Оценки возможности применения динамического масс-спектрометра МХ7304 и методик определения химического состава БТ смесей, остаточного фона в области рабочей камеры реактора и системы вакуумных трубопроводов проводились на установке Т-11 и на специализированных стендах. Учитывая, что разрешающая способность этого масс-спектрометра не превышает 4М, идентификация спектра при одновременном присутствии всех изотопов водорода и гелия существенно затруднена. Показано, что с использованием этого прибора возможны лишь три варианта количественных изотопных измерений:

контроль концентрации одного из изотопов в смесях заранее известного состава;

анализ смеси, содержащей не более двух изотопов;

анализ смеси, в которой в системе напуска предварительно

разделены изотопы водорода и гелия.

Проведены измерения парциального содержания дейтерия в 4Не-Пг смеси. Для удобства работы и лучшей воспроизводимости результатов в электронные блоки введены ступенчатые регуляторы, обеспечивающие жесткое управление скоростью развертки и коэффициентом усиления ВЭУ. Изучено влияние трития на аналитические характеристики масс-спектрометра. Длительная регистрация масс-спектра смеси, содержащей 3% трития, показала, что разрешающая способность на уровне 50% высот пиков в области легких масс сохранилась неизменной. Из-за увеличения фонового тока пороговая чувствительность уменьшилась почти на порядок.

По анализа

По паспортизованным Н2, Б2, Т2 и эталонным смесям Н2) 02, Т2; Э2, 4Не определяются значения коэффициентов

e -Mal;« (т,нту ■ ir.

а°> —ъг 1 т; н> н; DT ~ т> п2 А hd* d2

Анализ

1.НГ =A-HEt;lD; = (D*,HT*)-HT*;ID* = (l>2+ + HD*)-ccDj + DT*-CCdt;

4. H* = (d* ,Я2+ )- D* ; 5.r = (т* + ЯГ )• аГ2 + DT* • acr ; 3Яе+ = (Г ,3Яе+ )- T+ ;

7.4Яе+=4Яе+

Расчет содержания элементов по формулам (%. об.)

г _ н; +0,5-(яг + ЯР+ + Я+). ^ 7-; + 0,5• (HT* + DT* + T* ). " I '- Z

р; + 0,5-(£>Г* + HD* + Р*).„ _3Яе+; _ *Не* 1 ~ Е ' " ~ £ ' е ~ £

где

S = 0,5 • (Г + D* + Я+)+ Я2+ + HD* + (HT + D2)* + DT* + Т* + К Не-3Яе+ + КНе -4Яе+

а)

По анализа

По паспортизованным и эталонным смесям определяются значения коэффициентов

1К С* ;2. Ar**,4 Q+.s сн;.6.г.М:

3 ~ Ar+ Kt~ôï 5 " ся; 6 cd;

7 /^л»

со;

Анализ

I СО* = — ;2- ЛГ2+ = (лг2+,СО+)-СО+ ;3. о;, Ar*,СО*;

4. =cd;+сг;+cd3++ст;+сяо;+сяг; + его; +, т.е. с»по 24 а.е.м. за

+ctd; + ст2 d;+ctd;+cdt;+cdt*

вычетом фона

Расчет содержания элементов по Формулам (%. об.)

Ксо • ^/С- .

Ссо = -100' = —^——100 ИТ.Д.для С,г,Сс02,С02;

Сметан = у у--100' - Ссо + + ■■•+СМЕТЛН >

б)

Рис. 5 Алгоритм проведения и обработки результатов изотопного (а) и химического (б) анализов водородно-гелиевой смеси

С использованием разработанной аппаратуры проведены также измерения термодесорбционных характеристик разрядной камеры токамака >

ТСП при температурах до 300°С, позволившие уточнить режимы !

кондиционирования стенок. '

При разработке масс-спектрометрического комплекса для реактора ИТЭР выделены три вида принципиально различных задач контроля. Каждая из систем тритиевого технологического цикла ИТЭР представляет собой часть f

вакуумных систем ИТЭР либо независимый вакуумно-технологический комплекс (ВТК), связанный с ВТК ИТЭР. Требования к точкам контроля определены с учетом технологического регламента и норм точности. Для химического и изотопного анализов состава топливных смесей в точках контроля автором предложен ряд методик. Часть из них обеспечена измерительным оборудованием; другая часть находится в стадии разработки.

Для химического анализа рекомендовано использовать масс-спектрометры динамического типа (например, времяпролетный масс-спектрометр); для обеспечения изотопного анализа совместно с ИАнП РАН выполнена проектная разработка малогабаритной специализированной масс- !

спектрометрической установки (рис. 6, табл. 8, 9) и осуществлена j

экспериментальная проверка его основных узлов.

Разработанная установка предназначена для анализа изотопного состава топливной смеси в технологических системах ТЯР в реальном масштабе времени. По аналитическим возможностям, эксплуатационным и i

эргономическим характеристикам она не уступает лучшим зарубежным ^

приборам аналогичного назначения фирмы Finnigan (МАТ 250; МАТ 271/45) и существенно превосходит специализированный отечественный масс- (

спектрометр МИ 1201 В. В частности, разработанный прибор дает 40-кратный выигрыш по величине ионного тока, имеет примерно вдвое меньшую длину '

ионно-оптической системы и характеризуется большей изотопической чувствительностью. Экспериментально подтверждена высокая эффективность 1

аксиально-симметричного ионного источника оригинальной конструкции, <

разработанного для этого прибора: в сравнении с ионным источником масс- i

спектрометра МИ 3305 ионный ток увеличен в 100 раз. Максимальная разрешающая способность оценивается величиной (25*30)х103, что отвечает сформулированным выше требованиям 1

Таблица 8. Параметры ИОС малогабаритного масс-анализатора (рис. 6)

г„ Фш С 1и" 2к„ е' е" Ге Г, С 1„" 2ке

100 90° 144 40.91 5 12.1° 19.8° 98.6 173 134.54 21 7.5

мм мм мм мм мм мм мм мм

ГгИт

и±з

Рис. 6 Расчетная схема малогабаритного масс-анализатора для тритиевого контура реактора ИТЭР

Таблица 9. Значения аберрационных коэффициентов ИОС малога-

ИОС О М Э/М Да«/М Дое/М д«/м Двв/М Деь/М Дьь/М

1 0.638 0.326 1.957 0.0 0.2 0.4 0.46 0.613 9.785

2 2.0 1.0 2.0 4.0 4.0 2.0 6.0 3.6 1.1

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Выводы

1. Сформулированы требования к масс-спекгрометрическим установкам для обеспечения надежного достоверного прецизионного изотопного и химического анализов состава БТ топливных смесей в условиях ТЯР.

Показано, что для прецизионного изотопного анализа необходимо использовать . масс-спекгрометрические установки с рабочей разрешающей способностью не менее 2500. Для химического анализа максимальная разрешающая способность должна быть не менее 26000. В случаях, где не требуется высокая точность, возможно использование масс-спектрометрических установок на базе динамических масс-спектрометров, например, время пролетных. Наличие трития приводит к необходимости специальных конструкторских решений, обеспечивающих радиационную и экологическую безопасность.

2. При участии автора разработан специализированный прецизионный масс-спектрометр МИ3305 для изотопного и химического анализов топливной смеси, предназначенный для балансовых, арбитражных и эталонных измерений.

Масс-спектрометр МИ3305 представляет современный комплекс для прецизионного анализа легких газов. Это единственная подобная разработка в РФ. Масс-спектрометр обеспечивает:

надежность и качество анализа за счет высокого разрешения; повышение производительности труда при однотипных рутинных анализах;

проведение арбитражных и балансовых измерений с требуемой точностью;

создание базы для калибровки поверочных газовых смесей, создания эталонов.

Проведены успешные испытания опытного образца масс-спектрометра на технологических газовых смесях, содержащих от 1 до 90 % трития.

Показано, что:

аналитические параметры масс-спектрометра необходимы и достаточны для проведения изотопного анализа ОТ топливных смесей; среднее квадратическое отклонение результатов измерения изотопов водорода и гелия не превышает 0.1%; впервые проделан развернутый анализ газовых примесей в паспортизованном газе. Дополнительно к основным, паспортизованным компонентам СО, N2, СН4, С04, Аг, 02, С02, Н2, обнаружены Ж)2Н, Ж>3, С2Н5, С2Ш3, С2Нв, N0, С2Н7, ШН, СУЭ4,

с2н8, с2о7н, с2б5, с2о6, нс1, с3н5, еда, с2Н4, сщ ш, ын3,

СБ3Н, СзНв, С3Н7 и т.п. в количестве не более 0,001 % каждого.

3. Сформулированы исходные данные по масс-спектрометрическому методу контроля тритиевой технологической системы реактора ОТР.

4. Для токамака ТСП разработаны и экспериментально апробированы масс-спектрометрические методики химического и изотопного анализов ОТ топливных смесей с использованием модифицированных промышленных приборов МИ1201В и МХ7304. Проведены метрологическая аттестация и контрольные измерения состава ОТ топливных смесей.

5. Разработаны исходные данные по масс-спекгрометрическому методу контроля изотопного и химического состава БТ топливных смесей в тритиевых технологических системах реактора ИТЭР. Проведена расчетно-экспериментальная работа по созданию проекта специализированного малогабаритного масс-спектрометра. Определены параметры ионно-оптической системы, источника ионов, основные метрологические характеристики. Проведенные испытания аксиально-симметричного источника ионов подтвердили его расчетные параметры и показали возможность увеличения ионного тока из источника на два порядка по сравнению с источником ионов масс-спектрометра МИ3305. Показано, что масс-спектрометрическая установка будет иметь технические параметры более высокие, чем традиционно используемый масс-спектрометр МИ1201В.

Основное содержание диссертации изложено в публикациях:

1. А.И. Давыдов, В.К.Капышев, Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. «Масс-спектрометрический метод контроля водородно-гелиевых смесей в установках термоядерного синтеза».//Тезисы докладов Всесоюзной конференции по масс-спектрометрии, г.Сумы, 1986 г., секция 8, с.23,24.

2. А.И.Давыдов, В.К.Капышев, Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. «Требования к масс-спектрометрическим установкам, предназначенным для тритиевых систем ОТР».//Тезисы доклада 5-ой Всесоюзной конференции по инженерным проблемам ТЯР, Ленинград, 1990 г.,№12.43, с.27.

3. В.К.Капышев, Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, В.В.Фрунзе, Л.А.Семенова. «Методика определения изотопного состава водорода и гелия в тритиевой технологической системе установки ТСП».//ВАНТ, серия Термоядерный синтез, вып. 4,1991,38-41 с.

4. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. «Применение масс-спектрометра МХ7304 при работе с газовыми смесями, содержащими тритий».// ВАНТ, серия Термоядерный синтез, вып.4,1991,41-43 с.

5. Л.Н.Галль, Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, В.Д.Саченко, А.П.Щербаков. «О возможности создания специализированного малогабаритного масс-спектрометра для изотопного анализа в тритиевых технологических системах ИТЭР».//ВАНТ, серия Термоядерный синтез, вып. 1,1992, 69-72.

6.1.A.Milechkine, N.N.Riazantseva. «Specialized mass spectrometers for analysis of hydrogen-helium mixtures in tritium technological systems».//Proceeding 18th SOFT, 1994, Fusion Technology, v.l, p.831 (Germany, Karlsruhe).

7. Ю.А.Милешкин, В.Т.Ненарокомова, Н.Н.Рязанцева. «Специализированные масс-спектрометры для определения изотопного состава водорода и гелия».//Атомная энергия, 76(2), 1994, с. 120-124.

8.1.A.Milechkine, N.N.Riazantseva. «Specialized mass spectrometers for analysis of tritium gas mixes in "on-line" mode in technological systems of TR».//Proceeding 19th S0FT) m6 Fusion Xechnology v.i, p. 1285-1288 (Portugal, Lisboa).

9. I.A.Ionesian, V.K.Kapychev, M.P.Malik, I.A.Milechkine, B.V.Petrov , N.N.Riazantseva, L.A.Rivkis. «Tritium research activities in russian fusion program».//Microspheres-Microcapsules and laser targets technology specialists workshop. Fundamentals and Applications. 2-7june 1997, Moscow, p.69.

10. N.N.Aruev, L.N.Gall, B.A.Mamyrin, I.A.Milechkine, N.N.Riazantseva G.L.Saksagansky. «Specialized mass spectrometers for analysis of tritium gas mixes in "on-line" mode in technological systems of TR».//Workshop on: Tritium Experience in Large TOKAMAKS (March 16-18, 1998) Princeton Plasma Physics Laboratory, p. 19.

11. В.К.Капышев, Н.Б.Давыдова, И.А.Ионесян, ЛА.Ривкис, Н.Н.Рязанцева, Ю.А.Милешкин, В.Н.Фролов, ЛГ.Шулятикова, Э.А.Азизов, Ю.А.Кареев, В.В.Фрунзе. «Тритиевый технологический комплекс экспериментального ТОКАМАКа с сильным полем».//ВАНТ, серия Термоядерный синтез, вьт.1, 2000, с.3-11.

12. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, В.Н.Тебус. «Критические аспекты масс-спектрометрического контроля в системах тритиевого завода ИТЭР».//ВАНТ, серия Термоядерный синтез, вып. 1,2000, с. 12-16.

2ОО5-А

11604

Подписано в печать &3 Заказ №

Уч.-изд. Л.

Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ВНИИНМ с диапозитивов РИО ВНИИНМ 123060, Москва, ВНИИНМ, а/я 369

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Милешкин, Юрий Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ DT ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

1.1 Требования к масс-спектрометрическим установкам (изотопный и химический анализ).

1.2 Условия отбора и напуска газовой пробы. ц 1.3 Влияние радиоактивности.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1 Результаты эффективности применения масс-спектрометра МИ3305 для различных задач.

2.2 Влияние ионно-обменных реакций на проведение анализа.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК е^ УПРАВЛЯЕМОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА (УТС) (РАЗРАБОТКА И

АПРОБАЦИЯ)

3.1. Опытный Термоядерный Реактор (OTP).

3.2 ТОКАМАК с Сильным Полем (ТСП).

3.3 Разработка специализированного масс-спектрометра для ИТЭР.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование методико-метрологических особенностей и разработка масс-спектрометрической аппаратуры для количественного анализа DT топливных смесей термоядерных реакторов"

С первой половины 50-х годов в нашей стране и за рубежом проводятся комплексные исследования и разработки, направленные на освоение энерготехнологий на основе управляемого термоядерного синтеза (УТС) и создание экспериментального термоядерного реактора (ТЯР). Наибольшие успехи к настоящему времени достигнуты на тороидальных системах с магнитным удержанием плазменного шнура (токамаки, стеллараторы). Кроме систем на основе токамаков в последние годы расширяется круг работ по лазерному способу зажигания плазмы и созданию соответствующих технологических установок [1,2]. Рассматривается создание бланкета на основе ускорительных установок, и соответственно создаются экспериментальные технологические системы, предназначенные для работы с газовыми смесями, содержащими изотопы водорода и гелия (H-D-T-3He-4He) [3]. Ведется строительство большой лазерной установки (NIF) [4].

Отечественные программы за последние 40 лет были ориентированы преимущественно на токамаки.

В разные годы они включали в себя:

• концептуальные и эскизные разработки прототипов термоядерного реактора-токамака (Т-20, ГТРТ, ОПТЯЭС, OTP);

Наряду с изучением физики высокотемпературной плазмы на крупных термоядерных установках, со второй половины 70-х годов все большее внимание уделяется решению инженерно-физических задач УТС. В их числе создание методик и надежной аппаратуры для непрерывного изотопного и химического анализа топливной смеси. Такой анализ необходим для эффективного решения триединой задачи современных исследований по проблеме УТС. Во-первых, на его основе формируется база экспериментальных данных для адекватной феноменологической интерпретации физических процессов, наблюдаемых в плазме. Во-вторых, по его результатам осуществляется автоматизированное управление и оптимизация эксплуатационных режимов реактора и при необходимости корректируются параметры рабочего цикла. В-третьих, результаты такого анализа являются ключевым элементом обеспечения эксплуатационной безопасности реактора, что имеет принципиальное значение в виду высокой радиотоксичности трития.

Основные компоненты исходной топливной смеси термоядерных реакторов составляют дейтерий и тритий. Кроме того, в состав отработанной топливной смеси входят несколько десятков примесных газов, включая протий, азот и его соединения, кислород, аргон, оксиды, углеводороды, более сложные газообразные соединения -продукты объемных и поверхностных плазмохимических реакций. Анализ должен осуществляться как в различных элементах и подсистемах вакуумно-тритиевого контура, так и в системах внешнего топливного контура и технологического обеспечения безопасности реактора. Парциальное содержание отдельных компонент в разных зонах контроля может различаться в сотни и тысячи раз; кроме того, оно подвержено значительным временным вариациям. Пороговая чувствительность и допустимая погрешность измерений также колеблются в очень широких пределах: от КГЧ об. (контроль содержания тяжелых примесных газов) до ~ 1% об. (изотопный технологический контроль).

• измерение изотопного состава водорода (Н2, D2, Тг) и гелия (3Не, ^Не) в исходной и отработанной топливной смеси в вакуумно-тритиевом контуре и технологических системах реактора в реальном масштабе времени с погрешностью масштаба 1%;

• определение парциального содержания примесных газов в исходной и отработанной топливной смеси в реальном масштабе времени с пороговой чувствительностью не менее \0А% об.;

В настоящее время для контроля состава DT топливных смесей применяются радиометрический, хроматографический, масс-спектрометрический методы, а также методы теплопроводности и раман-спектроскопии. Наибольшей информативностью и эксплуатационной гибкостью в обсуждаемом контексте обладает масс-спектрометрическая аппаратура. Ее высокоэффективное использование возможно, однако, лишь при оптимальном сочетании ряда научно-методических, физико-технических и информационно-технологических факторов. Само по себе увеличение степени автоматизации измерительного процесса отнюдь не всегда тождественно повышению быстродействия, росту чувствительности и снижению погрешности измерений. Эти параметры существенно зависят также от радиационного фона трития, содержащегося в анализируемой смеси, примененных методик сбора и математической обработки экспериментальной информации, эксплуатационной стабильности характеристик масс-анализатора, алгоритма использования результатов для текущего управления параметрами топливного цикла и т. п.

В публикациях 60-90-х годов содержалось мало сведений, имеющих отношение к решаемой задаче. В трудах Киршенбаума [5], Барнарда [6] и Биркенфельда [7] рассмотрена техника масс-спектрометрического анализа водорода, источники ошибок анализа, а также методы их учета и уменьшения. В работах Шота [8,9] рассмотрено влияние системы откачки на результаты анализа. К сожалению, эти материалы базируются на аппаратуре 40-60-х годов и представляют скорее исторический интерес. Практически не было открытых публикаций о специализированных масс-спектрометрах, предназначенных для изотопного анализа водородно-гелиевых смесей. Исключение составили разработки ФТИ им. А.Ф.Иоффе для изотопного анализа гелия, а также работы РФЯЦ ВНИИЭФ, ВНИИТФА и краткие упоминания в каталогах фирмы VG-Isotopes о масс-спектрометре GAZAB (рис. В.1) [17] и фирмы Finnigan МАТ о масс-спектрометрах МАТ250-252 (рис. В.2) [18].

В РФ и в мире за последние годы накоплен значительный опыт работы в области массспектрометрического анализа водородно-гелиевых смесей, в том числе благодаря работам

Н.Н.Рязанцевой, Г.Л.Саксаганского, В.В.Титова и автора [4-16, 21-25]. В РФ работы осуществлялись содружеством РФЯЦ ВНИИЭФ, ПО «Маяк», РФЯЦ ВНИИТФ, ФГУП

ВНИИНМ имени академика А.А.Бочвара, ИАП РАН, СКБ АП НТО, ФТИ имени Иоффе,

ВНИИТФА [10-16]. Ранее проводившиеся разработки специализированных массспектрометров для анализа DT топливных смесей были направлены, главным образом, на 5 создание приборов и методик лабораторных прецизионных масс-спектрометров. Специализированные малогабаритные приборы для оперативного контроля в технологических тритиевых системах отсутствуют, хотя в мировой практике есть попытки применения для этих целей динамических масс-спектрометров - омегатрона или квадрупольного масс-спектрометра [19,20].

Рис. В.2 Масс-спектрометр МАТ 252 Эти обстоятельства предопределили нижеследующие цели диссертационной работы:

• системное изучение физических и методико-метрологических проблем прецизионной масс-спектрометрии дейтериево-тритиевой (DT) топливной смеси термоядерных установок и реакторов;

• разработка на этой основе методик и аппаратуры для проведения эталонного и технологического анализа изотопного и химического состава топливной смеси;

• экспериментальная апробация и метрологическая аттестация разработанных методик и аппаратуры на технологическом оборудовании вакууумно-тритиевого контура токамака ТСП с применением отечественных промышленных масс-спектрометров, подвергнутых существенной модернизации;

• расчетное обоснование ионно-оптического тракта лабораторного образца специализированного масс-спектрометра с двойной фокусировкой для прецизионных измерений изотопного состава топливной смеси, экспериментальное определение его аналитических и эксплуатационных характеристик и его метрологическая аттестация;

• разработка компактного статического масс-спектрометра с улучшенными аналитическими характеристиками для химического и изотопного анализа топливной смеси в технологических системах ТЯР.

Результаты работы изложены во введении, трех главах и заключении. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Определено место масс-спектрометрического анализа в установках термоядерного синтеза и возможности решения проблем газового изотопного и химического анализов DT топливных смесей.

В первой главе изложены аналитические условия технологического контроля DT топливных смесей масс-спектрометрическим методом. Значительное место уделено рассмотрению необходимых аналитических параметров масс-спектрометров и систем напуска, позволяющих учесть факторы, влияющих на точность результатов анализа. В заключение главы сформулированы особенности анализа DT топливных смесей.

Третья глава обобщает результаты выполненных теоретических и экспериментальных работ по созданию аппаратуры масс-спектрометрического контроля в технологических системах токамака ТСП и проектных разработок систем масс-спектрометрического контроля для реакторов OTP и ИТЭР.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы.

Научная новизна работы:

• определены критические параметры масс-спектрометрической аппаратуры для анализа топливной смеси ТЯР. Показано, что для прецизионного определения изотопного состава рабочих компонент топливной смеси разрешающая способность должна быть не менее 2500, а химического состава - не менее 26000.

• выполнены детальные измерения парциального состава паспортизованного газа для калибровки аппаратуры. Кроме основных рабочих газов (СО, N2, СН4, CD4, Ar, О2, СО2, Нг), обнаружены ND2H, ND3, С2Н5, C2DH3 и другие компоненты с индивидуальным парциальным содержанием не более 10'3%;

• разработаны и на вакуумно-тритиевом контуре токамака ТСП экспериментально подтверждены методики изотопного и химического анализа топливной смеси; показано, что предельное значение коэффициента пропускания моноэнергетического ионного пучка для однокаскадного магнитного анализатора с требуемым разрешением не превышает 15%. Обосновано применение магнитного масс-анализатора с двойной фокусировкой и экспериментально подтверждено соответствие его аналитических характеристик требуемым; теоретически показана принципиальная возможность создания малогабаритного статического масс-спектрометра для анализа топливной смеси ТЯР в реальном масштабе времени.

Практическая значимость работы; сформулированы технические требования к масс-спектрометрическим установкам для прецизионного и технологического анализа изотопного и химического состава топливной смеси ТЯР; разработан ионно-оптический тракт лабораторного образца специализированного масс-спектрометра МИ 3305 для прецизионных измерений изотопного состава топливной смеси. Экспериментально определены аналитические характеристики масс-спектрометра и осуществлена его метрологическая аттестация. Прибор не имеет отечественных аналогов; разработанные методики изотопного и химического анализа реализованы на масс-спектрометрическом комплексе токамака ТСП; выполнено проектное обоснование, разработаны и успешно испытаны узлы компактного масс-спектрометра с существенно улучшенными аналитическими и эргономическими характеристиками для химического и изотопного анализа топливной смеси в технологических системах ТЯР в реальном масштабе времени; предложенные технические решения и научно-методические рекомендации использованы при проектной разработке реактора ИТЭР.

На защиту выносятся: научно-методическое обоснование критических параметров масс-спектрометрической аппаратуры для прецизионного и технологического анализа изотопного и химического состава топливной смеси ТЯР; результаты разработки, экспериментальной апробации и метрологической аттестации предложенных методик измерений на технологическом оборудовании вакуумно-тритиевого контура токамака ТСП;

• технические решения, результаты изучения аналитических и эксплуатационных характеристик специализированного масс-спектрометра МИ3305 для прецизионных измерений изотопного состава топливной смеси и его метрологической аттестации;

Апробация работы.

Основные материалы диссертации были представлены и обсуждены на Всесоюзной конференции по масс-спектрометрии, Сумы, 1986г.; 4ой и 5ой Всесоюзных конференциях по инженерным проблемам ТЯР, Ленинград, 1988 г., 1990 г.; международных симпозиумах, семинарах и рабочих группах: The Second International Symposium on Fusion Nuclear Technology, 1991, Karlsruhe, Germany; 18th SOFT, 1994, Karlsruhe, Germany; the Second Tritium Plant Group Technical Meeting, February, 1995, Naka, Japan; 19th SOFT, 1996, Lisboa, Portugal; Microspheres-Microcapsules and laser targets technology specialists workshop. Fundamentals and Applications. 1997, Moscow; Workshop on: Tritium Experience in Large TOKAMAKS, 1998, Princeton Plasma Physics Laboratory, USA; Международном семинаре IHISM'01, 2001, Саров; Tritium 2001, Tsukuba, Japan.

Структура и объем диссертации.

Заключение диссертации по теме "Электрофизика, электрофизические установки"

Выводы к главе 3

- Для эскизного и технического проектов OTP разработаны и выданы исходные данные по масс-спектрометрическому методу контроля в тритиевой технологической системе. Проведен анализ технических параметров, возможных областей применения статических и динамических типов масс-спектрометров.

- Для установки ТСП рекомендованы, разработаны и внедрены масс-спектрометрические методики химического и изотопного анализов DT топливных смесей на приборах МИ 1201В и МХ7304 в технологической тритиевой системе и газоразрядной камере. Проведен цикл пуско-наладочных работ, метрологическая аттестация и контрольные измерения DT топливных смесей.

- Разработаны и выданы для концептуального и технического проектов ИТЭР исходные данные по масс-спектрометрическому контролю изотопного и химического состава DT топливных смесей в тритиевых технологических системах. Проведена расчетно-экспериментальная работа по разработке проекта специализированного малогабаритного масс-спектрометра:

1. Получены параметры ионно-оптической системы, источника ионов, размеры малогабаритной масс-спектрометрической установки для технологических систем для работы в режиме «on-line»

2. Изготовлен и испытан рассчитанный источник ионов, проверена его работоспособность при анализе DT топливной смеси, подтверждены его основные расчетные параметры

3. Показано, что масс-спектрометрическая установка будет иметь рассчитанные технические параметры более высокие, чем традиционно ранее используемый масс-спектрометр МИ1201В.

Исходные данные защищались на заседаниях Рабочих Групп Центральной Команды ИТЭР[81,82].

Заключение

1. Сформулированы требования к масс-спектрометрическим установкам для обеспечения надежного достоверного прецизионного изотопного и химического анализов состава DT топливных смесей в условиях ТЯР.

Показано, что для прецизионного изотопного анализа необходимо использовать масс-спектрометрические установки с рабочей разрешающей способностью не менее 2500. Для химического анализа максимальная разрешающая способность должна быть не менее 26000. В случаях, где не требуется высокая точность, возможно использование масс-спектрометрических установок на базе динамических масс-спектрометров, например, времяпролетных. Наличие трития приводит к необходимости специальных конструкторских решений, обеспечивающих радиационную и экологическую безопасность.

- надежность и качество анализа за счет высокого разрешения;

- повышение производительности труда при однотипных рутинных анализах;

- проведение арбитражных и балансовых измерений с требуемой точностью;

- создание базы для калибровки поверочных газовых смесей, создания эталонов. Проведены успешные испытания опытного образца масс-спектрометра на технологических газовых смесях, содержащих от 1 до 90 % трития. Показано, что:

- аналитические параметры масс-спектрометра необходимы и достаточны для проведения изотопного анализа DT топливных смесей; среднее квадратическое отклонение результатов измерения изотопов водорода и гелия не превышает 0.1%;

- впервые проделан развернутый анализ газовых примесей в паспортизованном газе. Дополнительно к основным, паспортизованным компонентам СО, N2, СН4, CD4, At, 02, С02, Н2, обнаружены ND2H, ND3, С2Н5, C2DH3, С2Нб, NO, С2Н7,

NOH, C2D4, C2H8, C2D7H, C2D5, C2D6, HC1, C3H5, C2H3N, C2H4, CNH, CN, NH3, CD3H, С3Нб, C3H7 и т.п. в количестве не более 0,001 % каждого.

3. Сформулированы исходные данные по масс-спектрометрическому методу контроля тритиевой технологической системы реактора OTP.

4. Для токамака ТСП разработаны и экспериментально апробированы масс-спектрометрические методики химического и изотопного анализов DT топливных смесей с использованием модифицированных промышленных приборов МИ 1201В и МХ7304. Проведены метрологическая аттестация и контрольные измерения состава DT топливных смесей.

5. Разработаны исходные данные по масс-спектрометрическому методу контроля изотопного и химического состава DT топливных смесей в тритиевых технологических системах реактора ИТЭР. Проведена расчетно-экспериментальная работа по созданию проекта специализированного малогабаритного масс-спектрометра. Определены параметры ионно-оптической системы, источника ионов, основные метрологические характеристики. Проведенные испытания аксиально-симметричного источника ионов подтвердили его расчетные параметры и показали возможность увеличения ионного тока из источника на два порядка по сравнению с источником ионов масс-спектрометра МИ3305.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Милешкин, Юрий Анатольевич, Санкт-Петербург

1. J. Lindl, Physics of Plasmas, vol. 2 (1995) p. 3933

2. J. Glanz, Science, vol. 277 (1997) p. 304

3. B.L.Boggs, R.L.Steinhoff, An approach to tritium production using a linear proton accelerators, Fusion Technology, vol.28, Oct.1995, 538-543.

4. A. Lawer, Science, vol. 275 (1997) p. 1253

5. И.Киршенбаум, Тяжелая вода, физические свойства и методы анализа. Перевод с английского, ДО, Москва, 1953.

6. Дж.Барнард, Современная масс-спектрометрия, ИЛ, 1957.

7. H.Birkertfeld, G.Hauze, U.Zahn, Massenspektrometrisehe Isotope Analyse, VEB Deutsches Verlag des Wissenschaften, Berlin, 1962.

8. R.Schott, Les differentes methodes d'analyse quaatiative du tritium gazeux, Bulleteu d'lnformatioues Scieatifigues et Techeniques,n.l78,1973,19-26

9. R.Schott, G.Beau, Analyse quantitative des isotopes de I'hydrogene pev spectrometie de masse, Methodes physiques d'analyse, v.7, n 2,1971,165-169.

10. Алексеенко C.JL, Аруев Н.Н., Мамырин Б.А. и др. "Масс-спектрометрический анализ изотопов водорода и гелия". Атомная энергия, 1981, т. 51, № 1,27-31.

11. Мамырин Б. А., Шустров Б. Н. Масс-спектрометр высокой разрешающей способности с двухкаскадным временным разделением ионов. — «Приборы и техникаэксперимента», 1962, № 5, с. 135—141.

12. Ненарокомова В.Т., Масленников А.И., Рязанцева Н.Н. и др. Специализированный масс-спектрометр для анализа легких газов. ВАНТ. Сер. Радиационная техника, 1986, вып. 1(32), с. 39.

13. LMilechkine, N.N.Riazantseva, N.N.Aruev, L.N.Gall, B.A.Mamyrin, G.L.Saksagansky. "Specialized mass spectrometers for analysis of tritium gas mixes in "on-line" mode in technological systems ofTR"., Fusion Technology v.l, p. 1285-1288, 1996

14. А.Н.Матанцев, В.В.Титов «Возможность анализа газовой смеси, содержащей водород и гелий на квадрупольной масс-спектрометрической установке», ВАНТ, 1986,вып.1(32), с.42.

15. High precision gas analysis mass spectrometers. Рекламное сообщение фирмы VG ISOTOPES, 1987.

16. Рекламный проспект фирмы Finnigan MAT, 1990.

17. VG Quadrupoles, SXP. The Scientific Quadrupole. — Рекламный проспект фирмы, 1988.

18. U.Engelmann, M.Glugla, R.-D.Penzhorn and H.J.Ache. Application of an omegatron type high resolution mass spectrometer for the analysis of mixtures of hydrogen and helium isotopes. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A302 (1991) 345-351.

19. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, В.К.Капышев, В.В.Фрунзе, Л.А.Семенова. «Методика определения изотопного состава водорода и гелия в тритиевой технологической системе установки ТСП», ВАНТ, серия ТС, вып. 4,1991, 38-41.

20. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, В.Н.Тебус «Критические аспекты масс-спектрометрического контроля в системах тритиевого завода ИТЭР». ВАНТ, серия Термоядерный синтез, вып. 1,2000,12-16.

21. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. «Замечания и предложения для домашней команды РФ». Исх №130/2616,1997.

22. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. «Замечания и предложения для домашней команды РФ. Исх №130/9379, 1992.

23. I.Milechkine, G.Saksagansky et.al. Analytical complex based on time-of-flight mass spectrometer for isotope and chemical analysis of the ITER fuel mixtures in the real-time mode.//Final technical report. Task T457 (N 32TT23FR), 2001

24. V.K.Kapychev, L.A.Rivkis, G.L.Saksagansky, D.V.Serebrennikov. "Vacuum-tritium complex of magnetic confinement fusion reactors", Plasma devices and operations, 1990, vol.1.ф pp.67-77.

25. Беловодский Л.Ф., Гаевой B.K., Гришмановский В.И. Тритий. М., Энергоатомиздат, 1986.

26. К. Okuno, Т. Uda, S. O'hira and Y. Naruse, J. Nucl. Sci. Technol., 28, 509 (1991).

27. T. Uda, K. Okuno, S. O'hira and Y. Naruse, Fusion Technol, 19,1651 (1991).

28. R. H. Sherman, D. J. Taylor, M. A. King, J. R. Birtlit, J. L. Anderson, S. O'hira, H. Nakamura, S. Konishi, K. Okuno and Y. Naruse, Fusion Technology, 21,457 (1992).

29. S. O'hira, H. Nakamura, S. Konishi, T. Hayashi, K. Okuno, Y. Naruse, R. H. Sherman, D. J. * Taylor, M. A. King, J. R. Birtlit and J. L. Anderson, Fusion Technology, 21,465 (1992).

30. T. Uda, K. Okuno and Y. Naruse, Radiochimica Ada, 56,209 (1992).

31. А.И. Давыдов, В.К.Капышев, Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. "Масс-спектрометрический метод контроля водородно-гелиевых смесей в установках термоядерного синтеза", В кн.: Тез. докл. 4-й Всесоюз. конф. по масс-спектрометрии, секция 2, Суммы, 1986, с. 78-82

32. Эванс Э. Тритий и его соединения. М.: Атомиз-дат, 1970. ^ 35. Rudy С., Jordan R. Tritium Half-life. MLM-2458, UC-4,1947.

33. Chastagner P., Daves H., Hess W. Advanced mass spectrometers for hydrogen isotope analysis. Int. J. of Mass Spectrometry and Ion Physics, 1983, vol. 48, p. 353.

34. C.Day. The use of a high-resolution quadrupole gas mass spectrometer system for selective detection of helium and deuterium. Vacuum, v. 51, n.l, 21-30,1998

35. Winkel, T. and Hemmerich, J. L., J. Vac. Sci. Technol. A, 1987, 5,2637.

36. Hiroki, S., Abe, T. and Murakami, Y., Rev. Sci. Instrum., 1994, 65,1912.

37. Ladd, P., ITER EDA Design Description Document Vacuum Pumping System, ITER Document WBS 3.1, R 0.1, ITER Garching JWS, November 1996.

38. Hiroki, S., Abe, Т., Murakami, Y., Yanagishita, K. and Nakamura, S., J. Vac. Sci. Technol Щ A, 1994,12,2711.

39. G.P.J.Price, T.Aslett "Performance of a VG 30-38 mass spectrometer during initial testing", Fusion Technology, v.28,1061-1066, Oct.1995

40. Исх. ЦАЯД № 52.1-6/24 от 1.09.88.

41. Jones W.H., Journal of Chemical Physics, 17,1062,1949.

42. В.К.Капышев, Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, Л. А.Семенова, В.В.Фрунзе, «Методика определения изотопного состава водорода и гелия в тритиевой технологической системе установки ТСП», ВАНТ, серия ТС, вып. 4,1991,38-41

43. Агафонов И.А., Девятых Г.Г. "Масс-спектрометрический анализ газов и паров особой чистоты". Изд-во "Наука", М., 1980

44. American Petroleum Institute, Research Project, 44. Catalogue of Mass Spectral Data and Supplementaria. Pittsburgh (Pa), 1953-1955.

45. Дэшман С., Научные основы вакуумной техники. Изд-во «Мир», М., 1964

46. Масс-спектрометр МИ3305. Технические условия ТУ 88 1Г3.394.020-86.

47. Chastagner Ph. An in-line analyzer for monitoring gas composition in tritium purification processes design. Analytical Spectroscopy, 1988.

48. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева. Применение масс-спектрометра МХ7304 при работе с газовыми смесями, содержащими тритий. ВАНТ, серия ТС, вып.4,1991.

49. M.E.Malinowski. Tritium-caused background currents in electron multipliers. SAND79-8218

50. Н.Н.Аруев, Б.А.Мамырин, З.В.Ершова, Н.Н.Рязанцева «Исследование свойств специального детектора» Отчет ВНИИНМ, инв.4201, 1984 г.

51. Милешкин Ю.А., Рязанцева. Н.Н., Давыдов А.И., Борисов В.А., "Результаты испытания нового ИВК совместно с опытным образцом масс-спектрометра МИ3305" Отчет ВНИИНМ, инв.5317, 1986 г.

52. ТЭИ по системам опытного промышленного термоядерного реактора (OTP), выпущено в 1981-83 гг., ГСПИ, том 761-ПД2-1,1984 г.

53. Техпроект OTP. Постановление Совета Министров и ЦК КПСС №195-70 от 02.02.86 г.

54. Техпроект OTP НИИЭФА им Д.В.Ефремова №04-05/735 от 03.02.88 г.

55. Капышев В.К., Николаев В.Л., Ионесян И.А., Ривкис Л.А. и др. Система тритиевого цикла на комплексе ТСП. Докл. на 5-й Всесоюзной конф. по инженерным проблемам термоядерных реакторов. Л.: Октябрь 1990.

56. В.К.Капышев, Н.Б.Давыдова, И.А.Ионесян, Ю.А.Милешкин, Л.А.Ривкис,

57. Н.Н.Рязанцева, В.Н.Фролов, Л.Г.Шулятикова, Э.А.Азизов, Ю.А.Кареев, В.В.Фрунзе

58. Тритиевый технологический комплекс экспериментальной установки управляемого101термоядерного синтеза ТОКАМАКа с сильным полем (ТСП), Препринт ГНЦ РФ ВНИИНМ, Москва 1998

59. Huguet M., Bertolini F. Main Fuature Implemented in the JET Facility for D-T Operations. Fus. Technol. 1986. Vol.10. No.3. Pt2B. P. 1386-1387.

60. Sissing R.A.P. Rossmassler R.L. TFTR Tritium Program. Fus. Technol. 1988. Vol.14. P. 923-928.

61. Tomahechi K. Present Status and Future Plan of Fusion Research and Development in Japan (IAEA-TC-392.3/2). fid. 3/. P.21-32.

62. Kisoimoto H., Nagami M., Kikushi. Resent Results and Engineering Experiences from JT-60. Fusion Eng. Des. 1998. Vol. 39-40. P. 73-81.

63. В.К.Капышев, Н.Б.Давыдова, И.А.Ионесян, Ю.А.Милешкин, Л.А.Ривкис, Н.Н.Рязанцева, В.Н.Фролов, Л.Г.Шулятикова, Э.А.Азизов, Ю.А.Кареев, В.В.Фрунзе Тритиевый технологический комплекс экспериментального ТОКАМАКа с сильным полем, ВАНТ, ТС, вып.1,2000, с.3-11

64. Масс-спектрометр МХ7304. Рекламный проспект Сумского ПО "Электрон", 1987.

65. Масс-спектрометр МИ1201В. Рекламный проспект Сумского ПО "Электрон", 1987.

66. The interlaboratory experiment ГОА-72 on mass spectrometric isotope dilution analysis. — Karlsruhe, 1975, vol. 2, p. 86—101

67. Bievre P. Accurate isotope ratio mass Spectrometry: Some problems and possibilities. — Advanced in mass Spectrometry, London, 1977, vol. 7 A, p. 395— 447.

68. Рац. Предложение №36-A от 09.03.88. «Регулятор скорости развертки масс-спектрометра МХ7304».

69. Рац. Предложение №60-А от 28.04.88. «Регулятор коэффициента умножения ВЭУ».

70. Два акта внедрения. Программа. Методика поверки масс-спектрометра, Вх. №1496 от 10.12.88.

71. Акт внедрения методики, Вх. №12370 от 25.12.87

72. Два акта внедрения. Блок развертки. Блок коэффициента умножения Вх. №10322, 1988 (№1119,1120).

73. Постановление Совета Министров и ЦК КПСС №317-81 от 07.03.88.

74. Приказ Министра №0107 от 04.04.88 г.

75. Эскизный проект ИТЭР. Тритиевые технологические системы. Том 71-1Х.ЦДЗ-2 (вх. №13243 от 20.12.89 г.)

76. Ю.А.Милешкин, Н.Н.Рязанцева, А.И.Давыдов. «Разработка измерительного оборудования для тритиевых технологических систем. ИТЭР топливный цикл». ITER-IL-FC-9-0-9,1990 г.

77. Ю.А.Милешкин, З.В.Ершова, Н.Н.Рязанцева. «Способы и методы контроля в системах тритиевого цикла ИТЭР/ОТР». ITER-IL-FC-0-9-10,1988 г.

78. LMilechkine. Mass spectrometry for on-line analysis. In: Final Report of the Second Tritium Plant Group Technical Meeting, February, 1995 (Japan, Naka)

79. А.А.Сысоев, М.С.Чупахин. «Введение в масс-спектрометрию», М., Атомиздат, 1977.

80. R.Herzog. Phys.Zs., 41,18,1940.

81. С.Б.Туртиа. В сб. «АСУ и приборы автоматики». Харьков, 1986, №77,16-21

82. Dempster A.J., Phys. Rev., 18,415 (1921)

83. Bleakney W., Phys. Rev., 34, 157 (1929)

84. Tate J.T., Smith P.T., Phys. Rev., 46,773 (1934)

85. Nier A.O., Rev. Sci.Instr., 11,212(1940)

86. Л.Н.Галль. «Источники ионов с электронным ударом». В книге: «Приборы для научных исследований и автоматизации эксперимента». Л., Наука, 1982,10-20.

87. E.V.Kornelsen. "Ion gun with relatively high yield at low pressure (10"3Pa)'\ J.Vac.Sci.Technol., vol.13, N 3, May/June, 1976, 716-720.

88. Ю.И.Хасин. «Исследование факторов, определяющих формирование пучка ионов в источнике с ионизацией электронным ударом». В книге: «Научное приборостоение». Л., Наука, 1988,29-38.

89. P.H.Plumlee."Space charge neutralization in the ionizing beam of mass spectrometer". Rev.Sci.Instrum., 1957, v.25, N 10, 830-832.

90. Н.К.Васильева, Л.Н.Галль, Е.М.Клешков, Е.Б.Петрова и др. «Светосильный источник ионов с электронной бомбардировкой». ПТЭ, 1968, № 3, 154-157.

91. Дж.Бринк. «Детектор молекулярного пучка с ионизацией электронной бомбардировкой». ПНИ, 1966, № 7,41-44.

92. Ли, Мак-Дональд, Ле-Бретон, Херибах. «Установка для исследования рассеяния молекулярных пучков, сопровождающихся химической ионизацией». ПНИ, 1969, № 11, 2329.

93. А.С.Мальков. «О методе расчета источника ионов с электронным ударом». В книге: «Научное приборостоение». Л., Наука, 1987,29-38.

94. Л.М.Александров, Л.Н.Галль, Н.С.Плисс. «Исследование рассеяния ионов в масс-спектрометрах методом статического моделирования». ЖТФ, 1974, т. 44,1302.

95. Л.М.Александров, Н.С.Плисс, А.П.Щербаков. «Моделирование рассеяных ионов на двухатомных молекулах». ЖТФ, 1974, т. 44, 632.

96. Л.М.Александров, Н.С.Плисс, А.П.Щербаков. «Исследование влияния отражения ионов от шероховатых поверхностей на образование «хвостов» пиков масс-спектрометров». ЖТФ, 1977, т. 47,189

97. Л.М.Александров, Л.Н.Галль, Н.С.Плисс, А.П.Щербаков. «Исследование рассеяния пучка ионов при отражении от кромок щелей коллимирующих диафрагм». ЖТФ, 1978, т. 48, 1026.

98. Р.Н.Галпь, Н.С.Плисс, Б.Н.Соколов, А.П.Щербаков. «Рассеяние ионов на стенках камеры анализатора масс-спектрометра и его влияние на изотопическую чувствительность». Научные приборы СЭВ, 1979, № 21, 33.

99. Л.М.Александров, Л.Н.Галль, Н.С.Плисс. «Исследование рассеяния ионов в масс-спектрометрах методом статического моделирования». ЖТФ, 1974, т. 44,1302.

100. Л.М.Александров, Н.С.Плисс, А.П.Щербаков. «Моделирование рассеяных ионов на двухатомных молекулах». ЖТФ, 1974, т. 44, 632.

101. Л.М.Александров, Н.С.Плисс, А.П.Щербаков. «Исследование влияния отражения ионов от шероховатых поверхностей на образование «хвостов» пиков масс-спектрометров». ЖТФ, 1977, т. 47,189

102. Л.М.Александров, Л.Н.Галль, Н.С.Плисс, А.П.Щербаков. «Исследование рассеяния пучка ионов при отражении от кромок щелей коллимирующих диафрагм». ЖТФ, 1978, т. 48, 1026.

103. Порядок определения норм точности ОСТ 95.1046-92

104. Методика выполнения измерений ГОСТ Р8.563-96