Кіріспе

Гелий массалық спектрометрі – шағын ақауларды табу және орналастыру үшін жиі қолданылатын құрал. Ол алғаш рет Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Манхэттен жобасында уранды байыту өсімдіктерінің газдық диффузия процесіндегі өте кішкентай ақауларды анықтау мақсатымен әзірленген. Әдетте, ол вакуумдық камераны пайдаланады, оның ішінде гелиймен толтырылған герметикалық контейнер орналастырылады. Гелий контейнерден сыздап шығады, ал сыздау жылдамдығы массалық спектрометрмен анықталады.

Анықтау әдісі

Гелий трассирлеуші ретінде қолданылады, себебі ол кішкентай тесіктерден жылдам өтеді. Гелий сондай-ақ уытты емес, химиялық тұрақты және атмосферада өте аз мөлшерде ғана кездеседі (5 ppm). Әдетте, гелийдің ақауларын анықтау үшін гелийдің ақауларын анықтағыш құрылғы 10-10 Па·м·с диапазонындағы ақауларды өлшеуге қолданылады. 10 Па·м·с ағын стандартты температура және қысым жағдайында (STP) минутына шамамен 0,006 мл-ға тең. 10 Па·м·с ағын STP жағдайында ғасырға шамамен 0,003 мл-ға тең.

Сырқаттардың түрлері

Көбінесе гелийді нұсқаушы газ ретінде қолданып, ақауларды анықтауда екі түрлі ақау кездеседі: қалдық ақау және виртуалды ақау. Қалдық ақау – бұл нашар тығыздама, тесік немесе жүйедегі басқа да зақымдану салдарынан туындайтын нақты ақау. Виртуалды ақау – бұл герметикалық жабық жүйе ішіндегі заттардың газға айналып шығуынан вакуумдық жүйеде ақаудың көрінісі. Газдар камераға шыққанда, жүйеде қалдық ақау бар деген жалған сигнал беруі мүмкін.

Қолданылуы

Гелий массалық спектрометрлік тесік іздегіштер тоңазытқыш және кондиционерлік жабдықтар, автомобиль бөліктері, газдалған сусындарға арналған ыдыстар, тағамдық қаптамалар, аэрозольдік қаптамалар сияқты өндіріс желісі салаларында, сондай-ақ бу өнімдерін, газ баллондарын, өрт сөндіргіштерді, доңғалақ клапандарын және барлық вакуумдық жүйелерді қоса алғанда, көптеген басқа да өнімдерді жасауда қолданылады.

Глобалды гелий шашырату

Бұл әдіс сыналып жатқан бөлшекті гелийдің ағуын анықтау детектормен қосуды талап етеді. Сыналып жатқан бөлшектің сыртқы беті гелий концентрациясы 100% гелийге дейін көтерілетін шатыр сияқты қоршауда орналастырылады. Егер бөлшек кішкентай болса, ағуды сынау құралындағы вакуумдық жүйе массалық спектрометр жұмысы үшін қажетті төмен қысымға жете алады. Егер бөлшектің мөлшері тым үлкен болса, жеткілікті төмен қысымды қысқа мерзімде қамтамасыз ету үшін қосымша вакуумдық сорғы жүйесі қажет болуы мүмкін. Жұмыс қысымына жеткеннен кейін массалық спектрометр өлшеуді бастай алады. Егер ағу болса, гелийдің кішкентай және жылдам молекулалары жарықтар арқылы бөлшекке өтеді. Вакуумдық жүйе кез келген іздеу газының молекуласын магниттік секторлық массалық спектрометрдің талдау жасушасына жеткізеді. Операторға сигнал арқылы анықталған ағудың шамасы туралы хабар беріледі.

Жергілікті гелий шашырату

Бұл әдіс жоғарыдағы әдістен шамалы ғана ерекшеленеді. Ол сынақтан өтетін бөлшекті гелийдің ағуын анықтау құрылымына қосуды талап етеді. Сыналатын бөлшектің сыртқы бетіне гелий іздеуші газының шоғырланған ағыны себіледі. Егер бөлшек кішкентай болса, құралдағы вакуумдық жүйе массалық спектрометрдің жұмыс істеуі үшін қажетті төмен қысымға жете алады. Егер бөлшектің мөлшері тым үлкен болса, белгілі бір уақыт ішінде қажетті төмен қысымға қол жеткізу үшін қосымша сорғы жүйесі қажет болуы мүмкін. Жұмыс қысымына жеткеннен кейін массалық спектрометр өлшеуді бастай алады. Егер ақаулық болса, гелийдің кішкентай және "қозғалмалы" молекулалары жарықтар арқылы бөлшек ішіне өтеді. Вакуумдық жүйе кез келген іздеуші газ молекуласын магниттік секторлық массалық спектрометрдің талдау жасушасына жеткізеді. Операторға сигнал арқылы анықталған ағудың шамасы туралы хабар беріледі. Осылайша, максималды ағу сигналы мен гелий себу басының орналасуы арасындағы байланыс операторға ағып жатқан жерді нақты анықтауға көмектеседі.

Гелиймен зарядталған вакуумдық сынақ

Бұл жағдайда бөлшек вакуум камерасында гелиймен қысымға ұшыратылады (кейде бұл сынақ 40 бардағы жарылу сынағымен біріктіріледі). Вакуум камерасы вакуумдық сорғы жүйесімен және газ шығуды анықтағышпен байланыстырылады. Вакуум массалық спектрометрдің жұмыс қысымына жеткеннен кейін, гелийдің кез келген ағып кетуі өлшенеді. Бұл сынақ әдісі қысым астында жұмыс істейтін көптеген компоненттерге қолданылады: қауіпсіздік қаптары, буландырғыштар, конденсаторлар, жоғары кернеулі SF6 газбен толтырылған қосқыштар.

Қисмалық вакуум әдісі (ультра-шулаушы сынағы)

Гелиймен зарядталған иіс сезу сынағынан өзгеше, ішінара вакуум әдісі, ультра иіс сезу сынақ газы әдісі (UST әдісі) ішінара вакуум эффектін пайдаланады, сондықтан сынақ үлгісінің газ тығыздығы гелий газымен зарядталған вакуумдық сынақтан бірдей сезімталдықпен қалыпты қысымда анықталады. Әдістің сезімталдығы 10 Па·м³/с құрайды. Классикалық гелиймен зарядталған иіс сезу сынағына ұқсас, сынақ үлгісі қапқа оралады, бірақ классикалық әдістен айырмашылығы, қап гелийсіз газға ұшыратылады, соның нәтижесінде қап ішіндегі гелий концентрациясы 5·10-дан 10 Па·м³/с дейін төмендейді. Бұл сезімталдық 3000 жыл ішінде газдың 1 см-ге теориялық жоғалуына сәйкес келеді. UST әдісі сынақ үлгілерін жедел тексеру үшін өте тиімді қолданылуы мүмкін. Сынақ жүйесін клапандар және пластик шлангтар сияқты стандартты пневматикалық құралдармен оңай орнатуға болады. Сынақ үлгілерін орналастыру үшін қарапайым пластик қап жеткілікті. UST әдісі Германиядағы Wendelstein 7 X термоядролық экспериментінің компоненттерін тексеру үшін де қолданылды.

Бомбалау сынағы

Бұл әдіс жабық деп есептелетін нысандарға қолданылады. Біріншіден, сынақтан өтетін құрылғы "бомбалау" камерасында ұзақ уақыт бойы жоғары гелий қысымына ұшыратылады. Егер бөлшекте тесік болса, гелий құрылғының ішіне өте алады. Кейін құрылғы вакуумдық камераға орналастырылады, вакуумдық сорғыға және массалық спектрометрге қосылады. Қысым астында құрылғыға енген газдың аз мөлшері вакуумдық камерада босатылып, массалық спектрометрге жіберіледі, онда ағып кету жылдамдығы өлшенеді. Бұл сынақ әдісі имплантацияланатын медициналық құрылғыларға, кристалл осцилляторларына, сау фильтрлеріне қолданылады. Бұл әдіс үлкен тесікті анықтауға қабілетсіз, себебі сынақ камерасы вакуумдалғанда іздеу газы тез сорғыланады.

Гелиймен зарядталған иіскеуші сынағы

Соңғы жағдайда бөлшек гелиймен қысымға беріледі. Массалық спектрометр арнайы құрылғымен, иіс іздеу зондымен жабдықталған, ол атмосфералық қысымда ауадан (және ағып кету анықталған жағдайда іздеу газынан) үлгі алып, оны массалық спектрометрге жеткізеді. Бұл жұмыс режимі көбінесе басқа әдістермен анықталған ағып кетуді табу үшін қолданылады, бұл бөлшектерді жөндеуге мүмкіндік береді. Заманауи құрылғылар гелийді фондық деңгейден екі рет ондық таңбаға дейін азайта алады, сондықтан иіс іздеу режимінде 5·10 Па·м³/с сияқты кішкентай ағып кетулерді анықтау қазір мүмкін.