一种Ar‑Ar同位素定年测试中的气体纯化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于稀有气体纯化技术领域，具体涉及一种Ar‑Ar同位素定年测试中的气体纯化装置。本实用新型专利技术包括手动阀门，U型冷阱，锆铝泵，气动阀门，分子泵，波纹管，装有标准

A Ar Ar isotope dating test in gas purification device

The utility model belongs to the rare gas purification technology field, in particular to a Ar Ar isotope dating test in gas purification device. The utility model comprises a manual valve, a U type cold trap, a zirconium aluminum pump, an air operated valve, a molecular pump and a corrugated pipe, and is equipped with a standard

【技术实现步骤摘要】
一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置
本专利技术属于稀有气体纯化
，具体涉及一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置。
技术介绍
对于云母、长石等含钾矿物，Ar-Ar同位素定年测试过程一般需要将气体提取装置(加热炉或者激光器)所产生的气体进行三级纯化，去除活性气体，留下纯净氩气进入质谱仪进行测试。第一级纯化经过套有酒精-干冰混合液的U型冷阱(-78℃)，分离出其中的水；第二级纯化经过一个400℃的锆铝泵，吸附CH4、CO2等活性气体，第三级纯化经过一个400℃的锆铝泵，进一步吸附残余的活性气体，一个室温的锆铝泵，吸附所有的H2。最终得到纯净的氩气进入质谱仪完成Ar的五种同位素组成测定。目前，国内外常用的气体纯化装置多为半自动化设计，控制气体通过锆铝泵、活性炭冷指等部件多采用手动波纹管密封阀，这样使得不能实现完全的程序化控制，手动操作可能会因为人为因素而引起测量误差。pericon作为一种程序操作系统，可控制电信号的输入和输出，控制电磁阀、继电器、离子规等部件。此外，对于一些微量含钾矿物，需要使用液氮条件(-196℃)下的活性炭冷指将气体提取装置和气体纯化装置内全部的氩气进行富集再释放，从而提高测量灵敏度。传统方法中，释放活性炭冷指采用吹风机加热的方式，这种方法步骤繁琐，且氩气释放不完全。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：提供一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，能够实现对Ar-Ar同位素定年测试中稀有气体纯化的控制，还能够对整个纯化装置进行全自动化控制，高效快速的完成Ar-Ar同位素定年测试。本专利技术采用的技术方案：一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，包括第一手动阀门，第二手动阀门，U型冷阱，第一锆铝泵，第一气动阀门，第二气动阀门，第三手动阀门，分子泵，第三气动阀门，波纹管，装有标准38Ar的稀释罐，第四手动阀门，第五手动阀门，第四气动阀门，第二锆铝泵，第五气动阀门，第六气动阀门，第三锆铝泵，装有标准Ar的稀释罐，第六手动阀门，第七手动阀门，第七气动阀门，活性炭冷指，加热丝，离子规，第八手动阀门，第八气动阀门，离子泵，第九气动阀门；U型冷阱的一端与三通管路连接，三通管路的另两通管路分别与第一手动阀门，第二手动阀门连接；U型冷阱的另一端与第一个四通管路连接，一通管路依次连接有第一气动阀门和第一锆铝泵，另一通管路依次连接有第二气动阀门，第三手动阀门，分子泵，第三通管路与第三气动阀门的一端连接；第三气动阀门的另一端与第二个四通管路连接，一通管路依次连接有第五手动阀门，第四手动阀门，装有标准38Ar的稀释罐，另一通管路与第四气动阀门的一端连接，第四气动阀门的另一端与第二气动阀门和第三手动阀门之间的管路通过波纹管连通，第三通管路与第三个四通管路连接；第三个四通管路的一通管路依次连接有第五气动阀门和第二锆铝泵，另一通管路依次连接有第六气动阀门和第三锆铝泵，第三通管路与第四个四通管路连接；第四个四通管路的一通管路依次连接有第七手动阀门，第六手动阀门，装有标准Ar的稀释罐，另一通管路依次连接有第七气动阀门，活性炭冷指，活性炭冷指外缠绕有加热丝，第三通管路与第五个四通管路连接；第五个四通管路的一通管路依次连接有第八手动阀门和离子规，另一通管路依次连接有第八气动阀门和离子泵，第三通管路与第九气动阀门的一端连接，第九气动阀门的另一端连接有管路。所述第一手动阀门和U型冷阱构成一级纯化系统；U型冷阱上套上酒精-干冰的混合液，酒精-干冰的混合液的温度为-78℃，释放出的气体经过U型冷阱，冻住其中的水分。所述第一气动阀门和第一锆铝泵构成二级纯化系统；通过调节直流电电流，使得第一锆铝泵温度维持在400℃，在此温度下，第一锆铝泵能够吸附活性气体。所述第二锆铝泵、第五气动阀门、第六气动阀门、第三锆铝泵构成三级纯化系统；气体经过第一锆铝泵的纯化后，打开第三气动阀门、第五气动阀门、第六气动阀门，第二锆铝泵维持在400℃，吸附剩余的活性气体，第三锆铝泵维持在室温，吸附其中的H2，最终留下包含氩气的稀有气体。所述装有标准38Ar的稀释罐、装有标准氩气的稀释罐、第四手动阀门、第五手动阀门、第六手动阀门、第七手动阀门构成标准气系统。38Ar稀释剂可用于K-Ar定年中，通过测量40Ar/38Ar比值，根据38Ar的绝对含量，最后求得样品中40Ar的绝对含量。在质谱测量之前，需要将标准氩气通入质谱仪中，从而检测仪器的稳定性和质量歧视效应；由第四手动阀门、第五手动阀门和第六手动阀门、第七手动阀门各组成一个体积为1cm3的腔体，每次实验前，先关闭第五手动阀门，打开第四手动阀门，平衡3分钟，再关闭第四手动阀门，腔体内气体体积和压力为均一值，然后打开第五手动阀门，气体扩散到主管道中。所述第二气动阀门、第三手动阀门、分子泵、第八气动阀门以及离子泵构成真空制备系统；当实验开始前和实验结束后，打开第二气动阀门，第三手动阀门，关闭第三气动阀门，用分子泵对U型冷阱和第一锆铝泵抽真空，用离子泵对第二锆铝泵、第三锆铝泵、活性炭冷指抽真空。所述分子泵的转速最高可达1500Hz，电流为0.5-0.6A，离子泵为安捷伦20starcell型离子泵，分子泵真空可达10-10mbar，离子泵极限真空可达10-11mbar。所述第八手动阀门和离子规构成真空指示系统，当气体扩散进入纯化系统主管道前，关闭离子规，平衡3分钟后，打开离子规，观察读数，小于1×10-7mbar时才可打开第九气动阀门，将气体扩散入质谱仪中。离子规包含两根灯丝，显示真空范围为10-3mbar至10-12mbar。所述第七气动阀门、活性炭冷指以及加热丝构成气体富集系统；如果样品气量较少，需要将气体提取装置以及气体纯化装置中所有的氩气进行富集；当气体经过三级纯化后，打开第一手动阀门、第三气动阀门、第七气动阀门，在活性炭冷指套上液氮，液氮的温度为-196℃，冻住气体提取装置和气体纯化装置中所有Ar，稳定5分钟，关闭第三气动阀门，撤掉液氮，设定控制加热丝的调压器为50V，调压器与继电器连通，释放氩气，平衡10分钟。所述活性炭冷指里装满活性炭，在液氮温度为-196℃下可吸附已纯化后的氩气，表面套有的加热丝与继电器连接，通过pericon电器元件来控制继电器的开关，从而控制氩的释放。所述第一手动阀门至第八手动阀门均为4BG系列的波纹管密封阀，采用内螺纹VCR接头端接。所述第一气动阀门至第九气动阀门均为常闭式气动波纹管密封阀，每个气动阀门与电磁阀连接，通过电磁阀控制压缩气体的通断，电磁阀连接于pericon电器元件上，可实现气动阀门的程序化控制。所述pericon电器元件可控制电信号输入与输出，实现电磁阀、继电器、离子规的程序化控制。U型冷阱为1/4不锈钢管，两端焊接VCR的外螺纹接头。所述三个锆铝泵材料为st101锆铝合金，H2、CH4、CO2等活性气体可以吸附在锆铝合金的表面，留下稀有气体。在室温下可以吸附H2，加热到400℃可以吸附其它活性气体。所述两个装有标准38Ar的稀释罐和装有标准Ar的稀释罐体积为2000ml，分别装有38Ar稀释剂和已纯化后的标准空气。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，能够利用pericon可以对整套系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ar‑Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：包括第一手动阀门(1)，第二手动阀门(2)，U型冷阱(3)，第一锆铝泵(4)，第一气动阀门(5)，第二气动阀门(6)，第三手动阀门(7)，分子泵(8)，第三气动阀门(9)，波纹管(10)，装有标准

【技术特征摘要】
1.一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：包括第一手动阀门(1)，第二手动阀门(2)，U型冷阱(3)，第一锆铝泵(4)，第一气动阀门(5)，第二气动阀门(6)，第三手动阀门(7)，分子泵(8)，第三气动阀门(9)，波纹管(10)，装有标准38Ar的稀释罐(11)，第四手动阀门(12)，第五手动阀门(13)，第四气动阀门(14)，第二锆铝泵(15)，第五气动阀门(16)，第六气动阀门(17)，第三锆铝泵(18)，装有标准Ar的稀释罐(19)，第六手动阀门(20)，第七手动阀门(21)，第七气动阀门(22)，活性炭冷指(23)，加热丝(24)，离子规(25)，第八手动阀门(26)，第八气动阀门(27)，离子泵(28)，第九气动阀门(29)；U型冷阱(3)的一端与三通管路连接，三通管路的另两通管路分别与第一手动阀门(1)，第二手动阀门(2)连接；U型冷阱(3)的另一端与第一个四通管路连接，一通管路依次连接有第一气动阀门(5)和第一锆铝泵(4)，另一通管路依次连接有第二气动阀门(6)，第三手动阀门(7)，分子泵(8)，第三通管路与第三气动阀门(9)的一端连接；第三气动阀门(9)的另一端与第二个四通管路连接，一通管路依次连接有第五手动阀门(13)，第四手动阀门(12)，装有标准38Ar的稀释罐(11)，另一通管路与第四气动阀门(14)的一端连接，第四气动阀门(14)的另一端与第二气动阀门(6)和第三手动阀门(7)之间的管路通过波纹管(10)连通，第三通管路与第三个四通管路连接；第三个四通管路的一通管路依次连接有第五气动阀门(16)和第二锆铝泵(15)，另一通管路依次连接有第六气动阀门(17)和第三锆铝泵(18)，第三通管路与第四个四通管路连接；第四个四通管路的一通管路依次连接有第七手动阀门(21)，第六手动阀门(20)，装有标准Ar的稀释罐(19)，另一通管路依次连接有第七气动阀门(22)，活性炭冷指(23)，活性炭冷指(23)外缠绕有加热丝(24)，第三通管路与第五个四通管路连接；第五个四通管路的一通管路依次连接有第八手动阀门(26)和离子规(25)，另一通管路依次连接有第八气动阀门(27)和离子泵(28)，第三通管路与第九气动阀门(29)的一端连接，第九气动阀门(29)的另一端连接有管路。2.根据权利要求1所述的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：所述第一手动阀门(1)和U型冷阱(3)构成一级纯化系统；U型冷阱(3)上套上酒精-干冰的混合液，酒精-干冰的混合液的温度为-78℃，释放出的气体经过U型冷阱(3)，冻住其中的水分。3.根据权利要求1所述的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：所述第一气动阀门(5)和第一锆铝泵(4)构成二级纯化系统；通过调节直流电电流，使得第一锆铝泵(4)温度维持在400℃，在此温度下，第一锆铝泵(4)能够吸附活性气体。4.根据权利要求1所述的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：所述第二锆铝泵(15)、第五气动阀门(16)、第六气动阀门(17)、第三锆铝泵(18)构成三级纯化系统；气体经过第一锆铝泵(4)的纯化后，打开第三气动阀门(9)、第五气动阀门(16)、第六气动阀门(17)，第二锆铝泵(15)维持在400℃，吸附剩余的活性气体，第三锆铝泵(18)维持在室温，吸附其中的H2，最终留下包含氩气的稀有气体。5.根据权利要求1所述的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：所述装有标准38Ar的稀释罐(11)、装有标准氩气的稀释罐(19)、第四手动阀门(12)、第五手动阀门(13)、第六手动阀门(20)、第七手动阀门(21)构成标准气系统。6.根据权利要求5所述的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：所述38Ar稀释剂可用于K-Ar定年中，通过测量40Ar/38Ar比值，根据38Ar的绝对含量，最后求得样品中40Ar的绝对含量。7.根据权利要求6所述的一种Ar-Ar同位素定年测试中的气体纯化装置，其特征在于：在质谱测量之前，需要将标准氩气通入质谱仪中，从而检测仪器的稳定性和质量歧视效应；由第四手动阀门(12)、第五手...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，刘汉彬，李军杰，金贵善，韩娟，张建锋，石晓，
申请(专利权)人：核工业北京地质研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11