四极质谱仪的功能开发及其在托卡马克装置上的应用

摘要

四极质谱仪被广泛地用于托卡马克装置上，用来判断装置真空品质，测量放电清洗、硼化等等离子体壁处理过程中以及放电过程中的气体分压，分析器壁处理效果和放电过程中气体成分释放等，是HT-7/EAST装置真空系统运行、等离子体与器璧相互作用研究的最基本测量工具。 论文基于HT-7和EAST装置上使用SRS-200质谱仪的功能不能满足实验要求，利用LabVIEW软件开发平台进行软件设计的研究和功能开发。实现用外置PKR251真空计测量总压强的同时实时快速扫描200个通道质量数的分压、监控杂质气体以及扫描通道配置、数据存储自动化、等离子体放电炮号与质谱图数据和时间对应、网络远程监控、批处理实验中所有的放电数据等功能。 在两轮EAST实验运行中，使用新开发的软件研究了不同壁处理方式对等离子体放电品质的影响和等离子体与壁之间相互作用，结果表明新软件满足EAST实验运行要求，而且具有易用、快速、稳定和智能化等优点，亦能广泛用于各种真空环境残余气体的分析测量与控制。

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致谢

第一章 绪 论

1.1能源及目前核能发展

1.1.1常规能源

1.1.2受控核聚变研究

1.1.3我国核聚变装置的研究

1.2四极质谱仪的研究现状

1.3本课题研究的主要内容介绍

1.3.1课题的来源

1.3.2课题的目的、意义

1.3.3研究的主要内容及拟解决的问题

1.4本章小结

第二章 EAST装置的真空系统概述

2.1 EAST装置的总体概述

2.2 EAST装置的真空系统

2.2.1 EAST真空系统的主要任务及作用

2.2.2外真空系统

2.2.3内真空系统

2.3其它辅助真空系统

2.3.1质谱计差分系统

2.4 EAST装置的真空测量

2.4.1 EAST装置的真空测量

2.4.2四极质谱仪的结构及工作原理

2.4.3四极质谱仪的主要性能指标

2.4.4四极质谱仪的谱图分析

2.4.5 SRS-200四极质谱仪的简介

2.5本章小结

第三章 软件的开发平台

3.1虚拟仪器的概述

3.1.1虚拟仪器的定义及特点

3.1.2什么是LabVIEW

3.1.3LabVIEW的作用及优点

3.2 LabVIEW与MySQL混合编程

3.2.1 MySQL的概述

3.2.2 LabSQL的概述

3.3 LabVIEW网络编程

3.3.1TCP与UDP通信

3.3.2远程VI面板

3.4数据采集卡

3.5本章小结

第四章 四极质谱仪的软件开发

4.1软件框架结构及流程的设计

4.1.1新软件的目标与要求

4.1.2新软件框架结构及流程的设计

4.2软件编程的实现

4.2.1主程序的编程实现

4.2.2参数设置编程

4.2.3连续谱图扫描及数据存储编程

4.2.4其它辅助编程

4.3软件实现的功能

4.3.1扫描参数设置功能

4.3.2连续谱图扫描功能

4.3.3全谱图扫描功能

4.3.4谱图数据库查看器

4.3.5文本数据查看器

4.3.6批量处理炮号器

4.4本章小结

第五章 四极质谱仪在EAST装置上的应用

5.1四极质谱仪在HT-7/EAST装置上的应用

5.2用四极质谱仪实现在线监测查询数据

5.3用四极质谱仪研究EAST运行中氢及其同位素的演变过程

5.3.1 H2和D2的演变过程及其对放电的影响

5.3.2 H/D比值和杂质气体对等离子体密度和电流的影响

5.3.3质谱数据同放电炮号的同步

5.4用四极质谱仪研究第一壁石墨材料放气特性

5.4.1放气成分的质谱分析方法

5.4.2石墨材料放气的数据处理

5.4.3质谱分析

5.4.4主要气体成分的放气速率

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录