지금 국내에서는 토카막 핵융합실험장치, 대전류 중성입자빔 실험장치 및 우주 모의실험실 같은 거대시설의 건설과 운용이 활발하다. 이런 시설의 핵심설비인 대형 진공용기는 중소형 용기에 비해 누설 가능성은 높은 반면 기체누설을 검사하는 것은 까다롭다. 중소형 용기에서 널리 사용되는 헬륨누설검사 방법을 어떻게 효율적으로 이런 대형 용기에 적용할 수 있는가 알아보기 위해, 다양한 가상적인 누설검사 시스템들을 구성하고 압력분포 및 헬륨 분압을 계산하여 주어진 장치조건에서 적절한 검사 시스템을 찾는 방법에 대해 논한다.
지금 국내에서는 토카막 핵융합실험장치, 대전류 중성입자빔 실험장치 및 우주 모의실험실 같은 거대시설의 건설과 운용이 활발하다. 이런 시설의 핵심설비인 대형 진공용기는 중소형 용기에 비해 누설 가능성은 높은 반면 기체누설을 검사하는 것은 까다롭다. 중소형 용기에서 널리 사용되는 헬륨누설검사 방법을 어떻게 효율적으로 이런 대형 용기에 적용할 수 있는가 알아보기 위해, 다양한 가상적인 누설검사 시스템들을 구성하고 압력분포 및 헬륨 분압을 계산하여 주어진 장치조건에서 적절한 검사 시스템을 찾는 방법에 대해 논한다.
Nowadays, in our country, large vacuum chambers for huge experimental facilities such as the tokamak fusion device, high power neural beam test stand, and space simulator have been constructed. In such a vacuum chamber of very large size, it is quite complicate to check on leakage quantitatively, wh...
Nowadays, in our country, large vacuum chambers for huge experimental facilities such as the tokamak fusion device, high power neural beam test stand, and space simulator have been constructed. In such a vacuum chamber of very large size, it is quite complicate to check on leakage quantitatively, while the probability of a leak is relatively high. To investigate the feasibility of applying reliably a helium leak detection to the huge vacuum chambers, and to find a reasonable methodology of choosing an optimum set-up for leak detection, several virtual constructions of the leak detection system have been analyzed by calculating the pressure distribution in the system and the helium level in the sensor part.
Nowadays, in our country, large vacuum chambers for huge experimental facilities such as the tokamak fusion device, high power neural beam test stand, and space simulator have been constructed. In such a vacuum chamber of very large size, it is quite complicate to check on leakage quantitatively, while the probability of a leak is relatively high. To investigate the feasibility of applying reliably a helium leak detection to the huge vacuum chambers, and to find a reasonable methodology of choosing an optimum set-up for leak detection, several virtual constructions of the leak detection system have been analyzed by calculating the pressure distribution in the system and the helium level in the sensor part.
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문제 정의
본 논문에서는 가상적인 제원을 가진 대형 진공 용기를 가정하여 물리적으로 생각할 수 있는 다양한 누설검사 시스템 구성들에 대해 식을 세우고 압력분포 및 헬륨검출 분압을 계산하여 타당성을 비교분석하는 방법론을 제시했다. 기체부하가 클 때는 검출기를 주 펌프와 병렬로 연결하거나, 가능하다면 내장펌프를 가동하는 것이 좋고 누설이 매우 작은 경우는 주 펌프와 검출기를 직렬로 연결하는 것이 필수적이다.
본 논문에서는 가상적인 제원을 가진 대형용기를 가정하여 물리적으로 생각할 수 있는 여러가지 누설검사 시스템 구성에 대해 식들을 세우고 주요 지점의 압력 및 헬륨 검출분압을 계산하여, 각각의 구성을 주어진 장치조건에서 실제로 사용할 수 있는지 타당성을 분석하는 방법론에 대해 논의하려고 한다.
가설 설정
조건을 만들었다. 각 조건마다 용기의 주 배기 펌프 용량이 10배 차이가 나는 두 가지 경우를 가정했다. 배기 용량이 작을 때는 내장펌프가 있는 경우도 추가했다.
식에서 #은 헬륨을 뿌려 검사하는 한 곳을 빼고 나머지 공기누설을 따로 합친다는 뜻이다. 물리적 의미를 잃지 않으면서 계산의 편리를 위해 헬륨 (첨자 He) 이외의 기체는 (첨자 g) 공기나 물이 아닌 질소 압력이 대표하는 것으로 가정했다. 식에서 fa=Sa2/Ca 및 fb=Sb"Cm고 (Ca,b는 연결도관의 컨덕턴스[L/s]), K는 헬륨 누설검출기 주 펌프(터보분자펌프로 가정)의 압축비다.
정량적인 계산을 통해 주어진 조건에서 목적에 부합하는 구성을 합리적으로 선택하는 것이 실제로 가능한지 계산의 타당성을 알아보기 위해 가상의 대형용기 및 주 배기 펌프 사양을 표 2와 같이 가정했다. 표에는 계산에 사용한 헬륨누설검출기의 사양도 같이 포함했다.
제안 방법
때, 4) 기체부하 및 누설이 매우 작을 때 4가지 경우를 가상해서 조건을 만들었다. 각 조건마다 용기의 주 배기 펌프 용량이 10배 차이가 나는 두 가지 경우를 가정했다.
성능/효과
예상한 대로 모든 결과에서 검출기의 진공펌프만으로 대형 진공용기를 배기하는 것으로는 올바른 누설검사를 할 수가 없다는 것을 공통적으로 알 수 있다. 통상적인 기체 부하에 대해 검출부 압력이 기준치 이상으로 높아질 뿐만 아니라 더욱 심각한 것은 반응시간이 상상을 초월할 정도로 길어진다.
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