Entwicklung eines Meßverfahrens für die Helium-Partialdruckbestimmung in Gegenwart von Deuterium und seine Anwendung auf Leitwertuntersuchungen am Textor-Pumplimiter ALT-I
Entwicklung eines Meßverfahrens für die Helium-Partialdruckbestimmung in Gegenwart von Deuterium und seine Anwendung auf Leitwertuntersuchungen am Textor-Pumplimiter ALT-I
Die Verwendung einer Penning-Ionisationsvakuummeter-Röhre erweist sich in der Praxis als ein wirksames Instrument, Heliumpartialdrücke in einem Deuteriumhintergrundgas durch spektroskopische Methoden zu bestimmen. Eine Linearität zwischen der gemessenen Linienintensität und dem Partialdruck muß dab...
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Personal Name(s): | Hardtke, A. (Corresponding author) |
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Contributing Institute: |
Publikationen vor 2000; PRE-2000; Retrocat |
Imprint: |
Jülich
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag
1989
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Physical Description: |
II, 109 p. |
Document Type: |
Report Book |
Research Program: |
ohne Topic |
Series Title: |
Berichte der Kernforschungsanlage Jülich
2269 |
Link: |
OpenAccess OpenAccess |
Publikationsportal JuSER |
Die Verwendung einer Penning-Ionisationsvakuummeter-Röhre erweist sich in der Praxis als ein wirksames Instrument, Heliumpartialdrücke in einem Deuteriumhintergrundgas durch spektroskopische Methoden zu bestimmen. Eine Linearität zwischen der gemessenen Linienintensität und dem Partialdruck muß dabei nicht notwendigerweise erfüllt sein. In der Praxis erweist sich eine lineare Abhängigkeit jedoch als wünschenswert, da leichte Abweichungen von der Linearität schon aufwendigere Auswerteverfahren mit sich ziehen und zu nicht erwünschten Ungenauigkeiten führen. Ein linearer Zusammenhang zwischen dem Partialdruck und der Intensität einer die Gasart charakterisierende Spektrallinie ist für Helium in einem Druckbereich (Absolutdruck) von 8 $\cdot$ 10$^{-6}$ Torr bis 1.8 $\cdot$ 10$^{-1}$ Torr (1.2 $\cdot$ 10$^{-1}$ Torr bei Wasserstoff) zu beobachten. Störeinstrahlungen in das Detektorsystem durch benachbarte Spektrallinien können mit Hilfe zuvor durchgeführter Kalibrierungsmessungen eliminiert werden. Die mit dem Penningsystem durchgeführten Leitwertuntersuchungen am Pumplimiter ALT-1zeigen einen deutlichen Leitwertabfall für aus dem Pumplimiter ausströmendes Neutralgas (im Vergleich zum molekularen Wert), sobald der Limiterkopf dem Plasma ausgesetzt wird. Bei der Betrachtung von Helium reduziert sich der Leitwert auf seinen halben Wert, wenn ein Plasmastrom von $\Phi$=800 mA/cm$^{2}$ mit einer Elektronentemperatur von T$_{e}$ = 10 eV in den 1.5 cm breiten Einlaufkanal des ALT-I-VGI Pumplimiter-Moduls fließt. Unter den gleichen Plasmabedingungen reduziert sich der Leitwert für ausströmenden Wasserstoff bzw. ausströmendes Deuterium hingegen nur auf 70 % des Leitwertes bei molekularen Strömung der Gase. Mögliche Ursachen für diese Reduzierung sind in Prozessen zu finden, die sich zwischen dem einströmenden Plasmateilchen und den entgegenfließenden Neutralteilchen im Einlaufkanal des Pumplimiters abspielen. Im Gegensatz zum Einlaufkanal spielen Wechselwirkungen im Purnpkanal, die ausschließlich zwischen neutralen Teilchen bestehen, nur eine untergeordnete Rolle. Erklärt werden kann die beobachtete Leitwertabnahme nur dann, wenn die Ionen, die im Einlaufkanal des Pumplimiters (durch die Wechselwirkung der Neutralteilchen mit den ihnen entgegenströmenden Plasmateilchen) entstanden sind, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zur Neutralisatorplatte gelangen können. Die Rückkehrwahrscheinlichkeit muß unter den angegebenen Plasmabedingungen für Deuteriumionen (bzw. Wasserstoffionen) R$_{D2}$=R$_{H2}$ = 0.85 und für Heliumionen sogar R$_{He}$ = 0.95 betragen. Diese hohen Rückkehrwahrscheinlichkeiten könnendurch zwei Mechanismen verursacht sein: a) durch Impulsübertrag zwischen den produzierten Ionen und den zur Neutralisatorplatte strömenden Plasmaionen (Coulomb'sche Wechselwirkung) b) durch Impulsänderung der produzierten Ionen in einem elektrischen Feld, das sich vor der Neutralisatorplatte ausbildet (Vorschichtfeld). Beide Mechanismen sind einzeln in ihrer Wirkung auf das Verhalten des Rückströmleitwertes abgeschätzt worden. Bei der Untersuchung des Einflusses eines elektrischen Feldes ist dabei der Neutralteilchentransportcode EIRENE [4.3] verwendet worden. Beide Abschätzungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen. Welcher dieser Mechanismen jedoch dominiert kann gegenwärtig nicht entschieden werden. Für zukünftige Untersuchungen ist das in dieser Arbeit vorgestellte spektroskopische Verfahren zur Heliumpartialdruck-Bestimmung in einem Deuterium-Hintergrundgas in zweiPumpkanälen des toroidalen Pumplimiters ALT-11 installiert worden. Ziel der Untersuchungen soll zunächst sein, die an ALT-1 durchgeführten Messungen zur Bestimmung des Rückströmleitwertes zu wiederholen. Wesentliche Aufgabe wird es jedoch sein, den Wirkungsgrad des Pumplimiters in Bezug auf die Heliumabfuhr näher zu untersuchen. |