Масс-спектрометр с постоянным магнитом для контроля химического состава технологических газов в АСУТП сублиматного производства гексафторида урана

• Автор: Кузьмин, Денис Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы по разработке масс-спектрометров, ориентированных на решение задач изотопного анализа газов

1.1 Области применения масс-спектрометрического изотопного анализа

1.2 Приборная реализация изотопного масс-спектрометрического анализа

1.3 Постановка задачи

Глава 2. Основные физические и ионно-оптические принципы разработки масс-спектрометра для анализа легких масс
2.1 Общие принципы выбора масс-анализатора и источника ионов масс-спектрометра для изотопного анализа легких масс
2.2 Требования к базовому масс-спектрометру для анализа легких газов. Описание и анализ параметров прототипа МТИ-350 ГС -специализированного масс-спектрометра «Сибирь»
2.3 Разработка ионно-оптической схемы масс-анализатора базового масс-спектрометра для изотопно-химического анализа легких масс
2.3.1 Анализ основных параметров газовых смесей, характеризующих технологический процесс получения гексафторида урана
2.3.2 Сравнительный анализ ИОС масс-анализаторов масс-спектрометра «Сибирь» и масс-спектрографа МТИ-350ГС
2.3.3 Анализ свойств ионно-оптической схемы масс-анализатора масс-спектрометра
Глава 3. Выбор и оптимизация ионно-оптической системы источника ионов масс-спектрометра
3.1 Формулировка ионно-оптической задачи расчета ИОС источника ионов
3.2 Обеспечение минимальной дискриминации по массе в пучке ионов, формируемом источником
3.3 Общая постановка задачи выбора и оптимизации ИОС источника ионов
3.4 Моделирование ионно-оптической системы источника ионов МТИ-350ГС
Глава 4. Принципы конструирования специализированного масс-спектрометра для анализа легких масс
4.1 Источник ионов
4.2 Масс-Анализатор и вакуумно-транспортная система прибора
4.3 Детекторы ионов
Глава 5. Экспериментальное подтверждение работоспособности расчетных
схем и конструкции масс-спектрографа мти-350гс
5.1 Корректировка ионно-оптической схемы прибора по величине реального магнитного поля масс-анализатора
5.2 Испытания и доработка источника ионов
5.2.1 Эффективность использования ионизирующего электронного пучка КЭ
5.2.2 Определение ресурса работы источника ионов (загрязнения ионизационной камеры продуктами распада ир()) и установление периодичности его необходимых очисток
5.2.3 Проверка оптимальности ионно-оптической системы источника ионов и ее корректировка
5.3 Испытания и доработка приемников ионов
5.3.1 Испытания и корректировка приемника ионов тяжелых масс. 1
5.3.2 Испытания и корректировка приемника ионов легких масс

5.3.3 Сравнение основных параметров масс-спектрографа, определяемых его Техническим заданием, с экспериментально
полученными параметрами
Заключение и выводы
Приложение
Литература

рассматривать после рассмотрения масс-анализатора, путей его выбора и оптимизации. Как уже говорилось, для обеспечения высокой точности измерения изотопных отношений секторный магнитный анализатор оказался предпочтительнее анализаторов других типов [30]. Он создает пространственное разделение пучков ионов различных масс, позволяя организовать их детектирование в режиме накопления на раздельные стационарные коллектора, расположенные на линии фокусов. Для такого анализатора также легко получить высокую стабильность положения ионных пучков в пространстве, необходимую для высокоточного (прецизионного) анализа. Высокий уровень современной ионно-оптической теории расчета масс-анализаторов позволяет скомпенсировать основные аберрациии анализатора и обеспечить, тем самым, близкую к прямоугольной форму масс-спектрометрического пика [35,36]. Требования к источнику ионов -обеспечить стабильный во времени ионный пучок при высоком коэффициенте использования пробы и минимальных дискриминациях по массе - будут рассмотрены далее, в главе, посвященной источнику ионов.
Как уже говорилось, особенностью масс-анализатора базового масс-спектрографа МТИ-350ГС является его специализация для химического анализа смеси агрессивных газов с разностью масс, более чем в 15 раз, в задаче сублиматного производства ядерно-топливного цикла. Это налагает дополнительные требования как на ионно-оптическую схему масс-анализатора: одновременно с легкими газами проводить прецизионное измерение тяжелой компоненты - гексафторида урана, так и на конструкцию вакуумной камеры масс-анализатора, т.к. анализируется смесь весьма агрессивных газов: фтора, кислорода, и фтористого водорода. Для
определения количественных требований к разработке масс-анализатора рассмотрим далее требования, предъявляемые к масс-спектрометру МТИ-350ГС и сформулированные в техническом задании на прибор.