جدول المحتويات
في عالم الكشف عن التسربات الصناعية، كاشف تسرب مطياف الكتلة للهيليوم (MSLD) تُعتبر هذه التقنية المعيار الذهبي بفضل حساسيتها ودقتها الفائقة. وتلعب دورًا حاسمًا في ضمان سلامة الأنظمة المغلقة أو المفرغة من الهواء، وذلك من خلال الكشف عن أدق التسريبات، مما يجعلها ضرورية في صناعات متنوعة، بدءًا من تصنيع أشباه الموصلات وصولًا إلى تكنولوجيا الفضاء والطاقة النووية.
مبدأ التشغيل: عزل ما هو غير مرئي
تكمن الوظيفة الأساسية لجهاز كشف التسربات (MSLD) في قدرته على رصد التسربات وتحديد كميتها عن طريق عزل ذرات الهيليوم التي مرت عبر مسار التسرب. يُعد الهيليوم خيارًا مثاليًا لهذه العملية نظرًا لصغر حجم جزيئاته، وخموله الكيميائي، وانخفاض تركيزه الطبيعي في الغلاف الجوي (حوالي 5 جزء في المليون)، مما يسهل تمييزه عن الغازات الأخرى في البيئة.
المكونات الرئيسية للأجهزة:
- نظام التفريغ:
يُعد نظام التفريغ بالغ الأهمية لتوفير الضغوط المنخفضة للغاية اللازمة لتحليل الطيف الكتلي. ويتضمن ما يلي:- مضخة التفريغ الأولي: يقلل الضغط من الضغط الجوي إلى فراغ متوسط.
- مضخة تفريغ عالية: يحقق مستوى الفراغ العالي اللازم لفصل الأيونات.
- مبدأ التدفق المعاكس: يحمي جهاز التحليل من التسريبات الكبيرة باستخدام تدفق العادم لحماية خلية التحليل الحساسة.
- مطياف الكتلة (خلية التحليل):
هذا هو جوهر نظام الكشف، حيث يتم فصل أيونات الهيليوم وتحديد كميتها:- مصدر الأيونات: يتم قصف جزيئات الهيليوم بالإلكترونات، مما يؤدي إلى تأيينها إلى أيونات الهيليوم المشحونة إيجابياً (He⁺).
- فاصل الكتلة: يقوم المجال المغناطيسي بتحويل أيونات الهيليوم على طول مسار محدد، مما يؤدي إلى ترشيح أيونات الغاز الأثقل.
- جامع الأيونات: يكشف عن تأثير أيونات الهيليوم، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي يتناسب مع معدل التسرب.
- التسريب المعاير (المعيار المرجعي):
ولضمان دقة القياسات، تتم معايرة النظام بشكل روتيني باستخدام جهاز ذي معدل تسرب معروف بدقة، مما يضمن أن جهاز MSLD يمكنه توفير نتائج كمية موثوقة.
قياس التسريب: وحدات الدقة
ال يُستخدم مقياس MSLD لتحديد معدلات التسرب من حيث حاصل ضرب الضغط في الحجم للغاز المتدفق عبر مسار التسرب لكل وحدة زمنية. تشمل الوحدات الشائعة ما يلي:
- مليبار لتر في الثانية (mbar·L/s): الوحدة الأكثر استخداماً.
- باسكال - متر مكعب في الثانية (Pa·m³/s): الوحدة الرسمية لنظام الوحدات الدولي (SI) لمعدل التسرب.
- سنتيمتر مكعب قياسي في الثانية (std·cc/s)شائع في أمريكا الشمالية.
تتميز حساسية جهاز MSLD بأنها ملحوظة، حيث يتمتع بالقدرة على اكتشاف معدلات التسرب المنخفضة للغاية. 5 × 10⁻¹² ملي بار·لتر/ثانيةوهو أمر ضروري للتطبيقات عالية الدقة.
التطبيقات والمقارنات مع الطرق الأخرى
يُعدّ جهاز الكشف عن التسربات المتعددة (MSLD) أداةً لا غنى عنها في الصناعات التي تُعتبر فيها سلامة النظام أمرًا بالغ الأهمية، بما في ذلك إنتاج مكونات أشباه الموصلات، وأنظمة الفضاء، والتكنولوجيا النووية. إليك مقارنة بينه وبين طرق الكشف عن التسربات الأخرى:
| طريقة | مبدأ | الحساسية النموذجية | عامل التمييز الرئيسي |
|---|---|---|---|
| هيليوم MSLD | الكشف عن غاز الهيليوم المتتبع باستخدام مطياف الكتلة | 10⁻⁸ إلى 10⁻¹² مليبار·لتر/ثانية | أعلى حساسية؛ ضرورية للتسريبات الدقيقة وأنظمة الفراغ العالي للغاية. |
| انخفاض الضغط | يقيس انخفاض الضغط في نظام معزول | 10⁻² إلى 10⁻⁴ ملي بار·لتر/ثانية | بسيط وفعال من حيث التكلفة؛ ولكنه محدود بتقلبات درجة الحرارة. |
| اختبار الفقاعات | يرصد الفقاعات في الأجزاء المغمورة | 10⁻¹ إلى 10⁻³ ملي بار·لتر/ثانية | ممتاز لتحديد مواقع التسريبات الكبيرة ولكنه غير كمي. |
| ثنائي هالوجين | يكشف عن الغازات المهلجنة | 10⁻⁴ إلى 10⁻⁶ مليبار·لتر/ثانية | حساسية عالية لغازات محددة، ولكن عنصر الاستشعار يستهلك. |
ال هيليوم MSLD يتميز بـ حساسية وقدرة لا مثيل لهما على تحديد معدلات التسرب بدقةمما يجعله لا غنى عنه للصناعات التي قد تؤدي فيها حتى أصغر التسريبات إلى المساس بالسلامة أو الموثوقية أو الأداء.