托卡馬克裝置中存在強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng),放電過程中真空度變化迅速。為滿足這種特殊環(huán)境的真空測(cè)量要求,開展了抗強(qiáng)干擾快速測(cè)量真空規(guī)及儀器的研究�？煲�(guī)使用平板電極結(jié)構(gòu),在普通熱陰極電離規(guī)管的基礎(chǔ)上增加了調(diào)制極;儀器電路除完成穩(wěn)發(fā)射、為加速極供電、離子流放大等基本功能外,它可以提供更大的燈絲電流,為調(diào)制極提供周期性脈沖電壓,離子流和電子流放大器、調(diào)制/解調(diào)電路和鎖相環(huán)電路相互配合,確�？焖贉�(zhǔn)確測(cè)量。儀器的主控制單元以微處理器為核心,可以設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù),離子流、發(fā)射電流、燈絲電流可供主控單元采集,以配合完成自動(dòng)調(diào)整和相應(yīng)控制。

　　核聚變反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)需要高溫度、高密度的環(huán)形等離子體真空環(huán)境。迅速準(zhǔn)確測(cè)量裝置內(nèi)部的真空度對(duì)等離子體的控制、等離子體放電的實(shí)現(xiàn)、超導(dǎo)線圈的正常工作等極為重要，也為研究等離子的運(yùn)動(dòng)和相互作用、氣體收集和偏濾器性能提供了重要的信息[1]。托卡馬克裝置內(nèi)發(fā)生的核聚變反應(yīng)有強(qiáng)磁場(chǎng)、高能粒子和強(qiáng)電場(chǎng)的干擾，而且放電過程壓強(qiáng)的變化非常迅速，用普通真空規(guī)測(cè)量已經(jīng)不能滿足測(cè)控要求[2，3]。

　　國外于上世紀(jì)80 年代開始研制抗強(qiáng)磁場(chǎng)快速響應(yīng)電離真空規(guī)及儀器（以下簡(jiǎn)稱快規(guī)），并得到成功應(yīng)用，收到了較好的效果[3~5]。國內(nèi)該領(lǐng)域的專家于本世紀(jì)初開展快規(guī)的研究，也取得了可喜進(jìn)展，其成果已應(yīng)用于HL- 2A 裝置[1,3,6]。通觀國內(nèi)外同行在這方面開展的研究，引進(jìn)的新思想及改進(jìn)措施主要有：改善燈絲材料及結(jié)構(gòu)，降低其受磁場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)力影響；改進(jìn)規(guī)管的電極材料及結(jié)構(gòu)，減小帶電粒子和高能中性粒子對(duì)規(guī)管常數(shù)的影響；在儀器電路上綜合運(yùn)用光電隔離、差分放大、鎖相環(huán)、U/f 轉(zhuǎn)換、串/ 并轉(zhuǎn)換以及微處理器技術(shù)，等等。本文擬對(duì)快規(guī)研究的成果及進(jìn)展作綜合介紹。

1、快規(guī)的要求

　　聚變實(shí)驗(yàn)中，托卡馬克在放電后200 s 以內(nèi)迅速將等離子體成分從10- 1 Pa 抽到10- 5 Pa。在HL- 2A 放電的前幾百毫秒，氫氣壓強(qiáng)一般為2×10- 2 Pa，在孔欄位形放電的初期，由于等離子體表面的抽氣效應(yīng)，偏濾器室內(nèi)的中性壓強(qiáng)迅速下降至10- 4 Pa[6]�？梢姎怏w放電時(shí)壓強(qiáng)變化是一個(gè)非常快速的過程，且伴隨著高溫度、高密度等離子體的存在。普通熱陰極電離真空規(guī)響應(yīng)時(shí)間為秒量級(jí)，不能在強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)下工作，抗干擾能力差，顯然不能適應(yīng)這種環(huán)境下快速、準(zhǔn)確測(cè)量真空度的要求。聚變裝置中的真空測(cè)量技術(shù)可歸納為管道外置測(cè)量和管內(nèi)原位測(cè)量。管道外置測(cè)量是將真空計(jì)安裝在超高真空抽氣機(jī)組上，或者在偏濾器下部安裝采樣氣管通向無磁場(chǎng)處用普通電離規(guī)測(cè)量。這種測(cè)量有失“及時(shí)性”和“現(xiàn)場(chǎng)性”。管內(nèi)原位測(cè)量曾嘗試使用過冷陰極潘寧規(guī)，但由于冷規(guī)在磁場(chǎng)下工作存在放電電流和壓強(qiáng)滯后現(xiàn)象、放電不穩(wěn)定、對(duì)污染敏感以及管道抽氣效應(yīng)的影響等，不能快速真實(shí)地反映偏濾器內(nèi)的中性氣體壓強(qiáng)，最大誤差可達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，所以效果并不理想。

　　有鑒于此，研制新型的滿足特定要求的真空測(cè)量儀器被提上議事日程，其結(jié)果是抗強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、快速測(cè)量（ms 量級(jí)）的熱陰極電離真空規(guī)及儀器應(yīng)運(yùn)而生。這種真空計(jì)安裝在偏濾器中可對(duì)中性粒子的通量以及打在偏濾器靶板上的離子量進(jìn)行原位測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚變實(shí)驗(yàn)中迅速變化壓強(qiáng)的“及時(shí)”、“準(zhǔn)確”、“現(xiàn)場(chǎng)”測(cè)量的要求。

4、結(jié)語

　　新型快速響應(yīng)熱陰極電離真空計(jì)，已成功應(yīng)用在ASDEX、DⅢ- D、ASDEX Upgrade、JET、W7- AS及國內(nèi)HL- 2A 等托卡馬克裝置中。實(shí)驗(yàn)顯示，無磁場(chǎng)時(shí)在全程范圍內(nèi)線性度良好，最低下限為10- 6 Pa。在場(chǎng)強(qiáng)為6 T 的磁場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行了測(cè)試，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，規(guī)管對(duì)稱軸與磁場(chǎng)夾角小于15°時(shí)，規(guī)管常數(shù)的變化小于10%，測(cè)量下限可以達(dá)到10- 5 Pa，響應(yīng)時(shí)間為1ms。目前快規(guī)仍處在更深入的研究與改進(jìn)之中，目標(biāo)是進(jìn)一步增強(qiáng)抗干擾能力，提高精度和穩(wěn)定性，使用更加方便。