氦质谱检漏仪发展历程（一）

氦质谱仪的发展历史要追溯到上世纪初。一九一八年，在一次世界大战期间，由于战争和军事工业的需要，欧洲各国便开始接触检漏，并开始对泄漏检测方法进行大量的基础研究，直到1941年，才进入二战中期。在那时，科学家们被告知德国正在研制新型炸弹。核弹的原理是基于刚刚发现的铀的同位素分裂现象。罗斯福总统认为，必须先发制人，再加上第二年的珍珠港事件，促使“曼哈顿”计划的诞生。发展铀235炸弹(即原子弹)是该计划的两大目标之一。因此，必须研制超高灵敏检漏仪。这要从铀235的浓缩程度说起。

自然铀中含有两种同位素，铀238和235。铀235是能进行裂变反应的同位素，它是原子弹的主要原料。然而，铀235在天然铀中的含量只有0.7%。为了达到这个目的，科学家只能使用气体扩散方法，从铀238中分离出微量的铀235。浓缩铀238的分离原理是这样的：如果存在一个非常小的孔隙，一些气体分子通过这个微孔的速度取决于它们的分子量。分子体积小的气体分子可以很快的通过这些微孔。若使混合气体通过多孔膜形成的长管，两种气体就能成功地分离。

铀235是固体，扩散分离需要气体。为了达到这个目的，金属铀必须变成氮化物UF6，它在室温下蒸发。另一个不利因素是，在潮湿的环境下，很容易产生腐蚀性很强的氢氟酸和铀的氧化物，这是危险的易燃易爆物质。在气体扩散分离过程中应防止这两种情况。

在曼哈顿计划中，铀235的分离是通过数公里长的多孔管道扩散得到UF6。

对于整个扩散系统的密封要求是空前的。过程容器中绝对不允许有潮湿的空气。当时，雅可比博士被誉为曼哈顿项目中的橡树岭扩散厂的总设计师。为成功分离铀235，他对真空检漏技术提出了严格的要求。

(1)新仪器对空气和剩余气体的读数为零，只对跟踪气体有反应。(2)这种新型仪器本身也是一种真空系统。(3)仪表显示是否能反映漏孔大小，漏量大小。上述三项要求实际上是开发新型检漏仪的指导原则。开发过程中，对光谱仪、皮喇尼规等常规检漏方法进行了检测。结果表明，两种方法在实际应用中存在很多缺陷。那时，明尼苏达州州立大学的尼尔博士正在开发一种能记录分子量和原子量大小的质谱仪。经分析，雅可比认为，如果尼尔博士能使仪器简化，那么质谱仪就是选择检漏的ZUI佳设备。

同时也证明了新型示踪气检漏仪必须满足三个要求(1)系统剩余气体的质潜中不存在其谱线。即使是在大气环境中，仪器中也几乎不存在这种气体。(2)在试验状态下，可以很容易地将其从系统中取出，所用的跟踪气体不会污染系统。(3)分子质量低，粘度低，易于获取。很明显，氦气是三种条件中ZUI理想的气体。

橡胶树的扩散装置主要由大型圆筒形容器组成。罐子和罐车里的罐子一样大。工厂里有数百个大容器，一个个地被连接起来。内含微孔长管，可有效分离铀235。为防止泄漏，所有容器的器壁都必须经过严格的检查。

原来在橡树岭扩散厂使用的氦质谱检漏仪装在玻壳里。零件和管道也是用玻璃做的。抽吸装置再次使用玻璃式汞扩散泵。这种玻璃密封检漏仪进入现场后，损坏非常严重。由于玻璃系统经常破裂，必须请许多玻璃工修理。那时候，技术娴熟的玻璃工确实很少。参与调试的人员不得不发出ZUI后一通电报：如果检漏仪不能作实用用途，他们将拒绝使用。在极其困难的条件下，尼尔博士终于开发出了金属的质谱计和金属型真空系统。它也是现代氦质谱仪的雏形。通过研制成功的金属式氦质谱检漏仪，ZUI终适应了扩散装置严格检漏要求。该检漏仪的研制成功，为后来原子弹的研制成功做出了历史性贡献。

Nier博士把所有的设计图纸都交给了通用电气公司，并签署了合同。不久，橡树岭扩散厂使用的氦质谱检漏仪便全部由美国通用电气公司制造，在生产过程中，对其进行了不少改进。在氦质谱检漏仪的改进中，增设了扩散泵前的冷阱。

一九六六年初，真空电子工程公司和电动机械公司合并，也开始生产销售的氦质谱检漏仪。在那个时候，通用电气公司的氦质谱检漏仪已经有几种产品。由战争时期的Kellex公司的一群研究生创建了真空电子工程公司，他们就是雷伯·尼尔肯。60年代后，通用电气不再生产漏气器。经过几次合并，泄漏检漏仪由Ametek制造。本公司真空电子学公司生产的检漏仪基本上是40多年来对检漏仪进行封闭。现已为国内外用户免费选择不同型号、规格的氦质谱检漏仪。

自1945年以来，氦质谱检漏仪的制造技术得到了极大的改进。一九四七年检漏仪的灵敏度都是10-4Pa.L/S；到1970年，检漏率达到了10-7Pa.L/S；如今，我们可以检测到10-9Pa.L/s的漏率。同时，检漏仪的体积和质量也大大降低。在90年代早期，ZUI小的氦质谱检漏仪只有0.05m3重38.5Kg。

新式氦质谱检漏仪已无手动阀。现在已经用自动控制阀来自动调整运行误差。为了消除因涡轮分子泵而引起的油返流，用涡轮分子泵代替扩散泵。氦质谱检漏仪也采用了计算机技术。操作、控制、输出数据由计算机自动操作完成。用阴极射线管显像屏取代了典型的示波器。可以通过不同的按钮自动完成整个操作。博为公司研发生产的新型检漏仪现已渗透到军工、航空航天、新能源、电子设备、阀门、电力、核电、制冷、家电等行业。在未来的几年里，氦质谱检漏仪还将在许多工业领域获得新的应用。