[发明专利]用于神光Ⅱ高功率激光装置的氘气提纯装置及其提纯方法

说明书

本发明公开了一种用于神光Ⅱ高功率激光装置的氘气提纯装置，该氘气提纯装置包括氘气进入系统，氘气抽出系统和真空机组，氘气进入系统包括氘气源、靶室外进气管道、双向截止阀I、双向截止阀Ⅱ、靶室内通气管道、靶体，氘气抽出系统包括靶室内通气管道、双向截止阀Ⅲ、靶室外抽气管道，真空机组包括外壳，外壳中设有上层腔室和下层腔室，在下层腔室中设有机械泵、上层腔室中设有分子泵，外壳上端面上设有真空腔，本发明完成一次置换过程(1次充气和抽气)一般可控制在10分钟内，根据实际需要还可以降低，本发明可以将氘气总体置换时间(6‑7次的充气和抽气)控制在1小时以内，从时间上看，大大降低了实验成本。

技术领域

本发明属于氘气提纯领域，具体涉及一种神光Ⅱ高功率激光装置上的氘气提纯装置及其提纯方法，用于激光加载下氘材料的状态方程实验研究。

背景技术

惯性约束聚变(ICF)要实现氘氚(DT)的聚变点火，必须严格控制靶丸内爆的压缩过程和效果，因此，靶丸材料的状态方程参数对内爆压缩过程具有重要的影响，而用来准确预判和分析该过程的数值模拟程序也需要靶丸材料可靠的状态方程实验数据作支撑。靶丸材料主要由聚苯乙烯等低Z烧蚀层、氘氚冰和氘氚气体组成，因此，实验上获取它们的状态方程参数对于优化ICF靶丸设计、研究内爆压缩过程和效果以及实现最终的聚变点火有着重大的学术和应用价值。

为开展激光加载下氘材料的状态方程实验研究，必须获得纯度较高的氘材料，而目前在激光装置上建立的氘材料的实验用靶具有体积小、结构复杂等特点，这就为在氘靶中实现较高纯度带来了巨大困难，例如氘气在液化过程中，由于靶中存在其他杂质气体，比如氮气，氮气在70K左右即发生液化，当杂质气体中的氮气发生液化时，液氮将在窗口材料上形成“凝霜”，遮挡实验诊断光路，降低实验图像的对比度，进而影响到实验数据的精度。为实现高纯度的目的，国际上众多实验室皆采取用较长的抽真空时间换取较高的纯度，致使实验打靶效率过低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种神光Ⅱ高功率激光装置上的氘气提纯装置及其提纯方法，本发明保护了真空系统中高真空规管和昂贵的分子泵等关键设备，同时，由于管道回路设计的优化，在气体提纯的过程中可以保持高真空设备-分子泵的连续不间断工作，大大缩短了气体置换的时间，进而提高了真空抽取的次数，大幅提升了神光Ⅱ高功率激光加载下氘材料状态方程实验研究的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于神光Ⅱ高功率激光装置的氘气提纯装置，该氘气提纯装置包括氘气进入系统，氘气抽出系统和真空机组，

所述氘气进入系统包括氘气源、靶室外进气管道、双向截止阀I、双向截止阀Ⅱ、靶室通气管道、靶体，所述氘气源与靶室外进气管道相连，在所述靶室外进气管道上设有双向截止阀I和实时压力表(实时压力表与氘气源固定相连)，所述靶室外进气管道通过双向截止阀Ⅱ与靶室通气管道相连，靶室通气管道与靶体相连，双向截止阀Ⅱ上装有质量流量计，

所述氘气抽出系统包括靶室通气管道、双向截止阀Ⅲ、靶室外抽气管道，所述靶室外抽气管道通过双向截止阀Ⅲ与靶室通气管道相连，所述靶室外抽气管道设有双向截止阀Ⅳ，

所述真空机组包括外壳，所述外壳中设有上层腔室和下层腔室，在下层腔室中设有机械泵、上层腔室中设有分子泵，外壳上端面上设有真空腔，真空腔上设有上端口、下端口、左端口、右端口、前端口、后端口，所述上端口与靶室外抽气管道相连，下端口通过闸板阀与分子泵相连，所述分子泵与机械泵相连，形成主抽回路，

在预抽气管道上设有双向截止阀Ⅴ，当关闭闸板阀，打开双向截止阀Ⅳ和双向截止阀Ⅴ时，左端口与机械泵之间通过预抽气管道相连形成预抽气回路，前端口与低真空规管相连，后端口与高真空规管相连。

所述双向截止阀I、双向截止阀Ⅱ、双向截止阀Ⅲ、双向截止阀Ⅳ和双向截止阀Ⅴ均为双向真空阀。

所述右端口为备用端口，右端口上安装有全量程规管。