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DLS-1－核融合氫同位素與氦氣 TIMS 定量質譜分析系統
DLS-1－核融合氫同位素與氦氣 TIMS 定量質譜分析系統
Threshold Ionisation Mass Spectrometry－專為 Tokamak 核融合燃料純度與氫同位素分析設計
Hiden DLS-1 是一套專為Tokamak / Torus Fusion Research、Hydrogen Isotope Analysis 與 Fusion Fuel Purity Monitoring設計的高精度 Quadrupole Mass Spectrometer。
系統可在傳統 Mass Analysis 與 Threshold Ionisation Mass Spectrometry（TIMS）模式下工作，藉由精確控制 Electron Energy，提高對氫同位素、Helium、Deuterium 與 Deuterated Compounds 的分析選擇性。
DLS-1 提供 1–100 amu Mass Range 與即時定量分析能力，適合核融合燃料純度、Vacuum Diagnostics、Light Gas Analysis 與複雜 Gas / Vapour Mixtures 研究。
DLS-1 系統概述
利用 Mass-to-Charge 與 Electron Ionisation Threshold 兩個分析維度，提高輕質氣體與同質量物種的辨識能力。
核融合研究需要準確分析 Hydrogen Isotopes、Helium、Fuel Impurities 與 Plasma Exhaust Species。由於部分重要物種具有相同或非常接近的 Nominal Mass，僅利用傳統四極桿質量分析可能難以直接區分。
其中最典型的例子為 D2 與 4He，兩者皆位於 Nominal Mass 4，因此一般低解析度 Mass Spectrum 中容易產生訊號重疊。
DLS-1 利用 TIMS 控制 Electron Impact Ionisation Energy，依不同 Species 的 Ionisation Threshold 建立額外的化學選擇性，使重疊於相同 Nominal Mass 的氣體具有進一步區分與定量的可能。
此技術可應用於 Fusion Fuel Quality、Hydrogen Isotope Research、Tokamak Vacuum Analysis、Plasma-Facing Material Outgassing 與相關核融合氣體分析。
TIMS－Threshold Ionisation Mass Spectrometry
利用不同氣體的 Ionisation Threshold，提高 Nominal Mass 重疊物種的選擇性。
Mass Analysis + Electron Energy Analysis
一般 Electron Impact Mass Spectrometry 常使用固定 Electron Energy 將氣體游離，再利用 Quadrupole Mass Filter 依 m/z 分離不同 Ions。
TIMS 則進一步掃描或控制 Electron Energy。不同 Molecules 與 Atoms 具有不同 Ionisation Appearance Potential，因此其 Ion Signal 會在不同 Electron Energy 開始出現。
DLS-1 透過此差異增加第二個分析維度，使 Mass Spectrum 中重疊的 Species 可依其 Ionisation Behaviour 進一步辨識。
這對 Hydrogen、Deuterium、Helium 與 Deuterated Compounds 的 Fusion Gas Analysis 特別重要。
D₂ 與 ⁴He 的選擇性分析
解決核融合燃料分析中 Nominal Mass 4 訊號重疊的重要問題。
在 Fusion Fuel Cycle 中，Deuterium 與 Helium 是重要分析物種。然而 D2 與 4He 的 Nominal Mass 均為 4 amu，因此一般 Quadrupole RGA 無法單純依整數 Mass Position 將兩者分離。
DLS-1 利用受控 Electron Energy 與 TIMS Method，根據兩種 Species 不同的 Ionisation Characteristics 進行訊號解析。
Hiden 亦提供專門針對 Helium / Deuterium 與 Deuterated Compounds 分析建立的 Software Recipes / Templates，協助進行即時 Quantitative Analysis。
現行 Hiden RGA 技術資料列出的 DLS-1 代表性能力，包括對 D2 in He 約 100 ppm 等級的分析應用；實際 Detection Capability 則需依 Gas Matrix、Calibration 與操作條件而定。
0–150 eV 精密 Electron Energy Control
0.5 eV Electron Energy Resolution，提供 TIMS 與 Soft Ionisation 所需的精密控制。
DLS-1 的重要特色並非僅有 Mass Range，而是對 Electron Impact Ionisation Energy 的高度控制。
原廠資料列出 Electron Energy 操作範圍為 0–150 eV，Electron Energy Resolution 為 0.5 eV。
在一般 Mass Analysis 中可使用常規 Electron Impact Ionisation；當需要提升 Species Selectivity 時，則可降低或掃描 Electron Energy，建立 Threshold Ionisation Curve。
這種方式也能降低部分 Fragment Ion 的形成，使複雜 Gas Mixture 的 Spectrum Interpretation 更容易。
DLS-1 氣體分析流程
從 Fusion Gas Sampling、TIMS Ionisation 到 Quantitative Gas Composition。
Gas Sampling
取樣 Tokamak、Fusion Fuel Cycle、Vacuum Vessel 或相關 Gas / Vapour Mixture。
TIMS Analysis
控制 Electron Energy 並量測不同 m/z Channels 的 Ionisation Response。
Quantification
利用 Calibration 與 Software Recipe 對 Hydrogen、Deuterium、Helium 及其他 Species 進行定量。
1–100 amu Mass Range
除 H₂、D₂ 與 He 外，也可監測較高質量污染物與 Deuterated Compounds。
DLS-1 的 Mass Range 為 1–100 amu，因此除了 H₂、HD、D₂、He 等 Fusion Fuel Species，也可同時觀察 Water、Nitrogen、Oxygen、Carbon Monoxide、Carbon Dioxide 與 Hydrocarbon Species。
這項能力對 Fuel Purity Monitoring 相當重要，因為 Tokamak Fuel 與 Vacuum System 中除了主要 Fusion Gas，也可能存在 Water、Air Leak、Hydrocarbon 或 Plasma-Wall Interaction 所產生的 Deuterated Species。
因此 DLS-1 不只是 Hydrogen Isotope Sensor，也可作為 Fusion Gas Composition 與 Vacuum Diagnostic Platform。
DLS-1 主要特色
針對 Fusion Fuel Purity、Hydrogen Isotopes 與 Light Gas Analysis 最佳化。
- 1–100 amu Mass Range
- Real-Time Quantitative Gas Analysis
- Threshold Ionisation Mass Spectrometry（TIMS）
- Conventional Mass Analysis Mode
- Hydrogen / Deuterium / Helium Analysis
- Deuterated Compound Analysis
- 0–150 eV Electron Energy Range
- 0.5 eV Electron Energy Resolution
- Fusion Fuel Purity Monitoring
- Software-Driven TIMS Recipes
- Magnetic Shielding Options
- Radiation Shielding Solutions
DLS-1 系統重點規格
依 Hiden Analytical 現行 DLS-1 與 Fusion Research 公開資料整理。
| System Type | Quadrupole Mass Spectrometer for Fusion Gas Analysis |
|---|---|
| Primary Application | Tokamak / Torus Fusion Research、Fuel Purity、Hydrogen Isotope Analysis |
| Mass Range | 1–100 amu |
| Analysis Modes | Conventional Mass Analysis / Threshold Ionisation Mass Spectrometry（TIMS） |
| Electron Energy Range | 0–150 eV |
| Electron Energy Resolution | 0.5 eV |
| Target Species | H₂ / HD / D₂ / He / Hydrogen Isotopes / Deuterated Compounds / Light Gases |
| D₂ in He | 現行 RGA 技術資料列示代表性 Sensitivity 約 100 ppm |
| Quantitative Analysis | Software-Driven Recipes for Real-Time Quantification |
| Shielding Options | Magnetic / Radiation Shielding Solutions Available |
| Software | Hiden MASsoft Professional |
| Instrument Control | USB 2.0 / RS232 / Ethernet |
DLS-1 典型應用
聚焦 Fusion Fuel、Hydrogen Isotopes、Vacuum Diagnostics 與 Plasma-Wall Interaction。
Fusion Fuel Purity
即時監測 Deuterium、Hydrogen、Helium 與污染物濃度，協助評估核融合燃料氣體純度。
Tokamak Gas Analysis
分析 Tokamak / Torus Vacuum Vessel 中的 Hydrogen Isotopes、Helium 與 Residual Gas Species。
Hydrogen Isotope Analysis
利用 TIMS 提升 Hydrogen、Deuterium 與相關 Isotopic Species 的分析選擇性。
Helium / Deuterium
針對 Nominal Mass 4 的 D₂ / ⁴He 訊號重疊進行 Threshold Ionisation Analysis。
Vacuum Diagnostics
監測 H₂O、N₂、O₂、CO、CO₂ 與 Hydrocarbons，協助辨識 Leak、Outgassing 與 Vacuum Contamination。
Plasma-Facing Materials
研究 Plasma-Facing Component 的 Hydrogen Retention、Outgassing 與 Deuterated Species Release。
Fuel Cycle Research
應用於 Fusion Fuel Processing、Gas Purification 與 Hydrogen Isotope Handling Research。
Light Gas Analysis
針對低 Mass Species 與複雜輕質氣體混合物進行即時 Mass Spectrometric Analysis。
為何核融合研究需要 TIMS？
當兩種 Species 位於相同 Nominal Mass 時，只依 Mass-to-Charge 可能不足以完成可靠分析。
一般 RGA 可快速辨識 Vacuum Chamber 中的大部分 Gas Species，但對 D₂ 與 4He 等 Nominal Mass 完全相同的 Species，單純 Mass Analysis 會產生 Peak Overlap。
TIMS 不依賴提高 Quadrupole Mass Resolution 來直接分離兩個 Peak，而是利用不同 Species 的 Electron Ionisation Threshold 差異建立額外選擇性。
因此 DLS-1 適合需要Real-Time Fusion Fuel Quantification，但並非一定需要以 Ultra-High Mass Resolution 直接進行 Isotope Peak Separation 的應用。
DLS Series 核融合氣體分析平台
不同型號分別利用 TIMS 或 Ultra-High Resolution 技術解決 Hydrogen / Helium Isotope Analysis。
DLS-1
以 TIMS 與精密 Electron Energy Control 進行 1–100 amu Fusion Gas Quantification，適合 Fuel Purity 與複雜氣體監測。
DLS 高解析平台
若研究需要直接以極高 Mass Resolution 分離 Hydrogen / Helium Isotopes，可進一步評估 DLS 系列高解析度 Quadrupole System。
MASsoft Professional 與 TIMS Recipes
整合 Mass Scan、Electron Energy Control、Quantification 與外部實驗訊號。
DLS-1 搭配 Hiden MASsoft Professional，可控制 Quadrupole Mass Spectrometer、Mass Channel、Electron Energy 與資料擷取。
系統可利用專門建立的 TIMS Software Recipes / Templates 執行 Helium、Deuterium、Hydrogen Isotopes 與 Deuterated Compounds 分析。
MASsoft Professional 亦可讀取外部設備訊號，將實驗條件與 Mass Spectrometer Data 同步記錄與顯示。
- Conventional Mass Spectrum Acquisition
- TIMS Electron Energy Scan
- Multiple Ion Monitoring
- Real-Time Quantitative Analysis
- Hydrogen / Helium Isotope Recipes
- Trend Display
- External I/O Integration
- Data Logging and Export
恩詠有限公司－Hiden DLS 核融合氣體與氫同位素分析系統規劃
核融合氣體分析系統的實際選型會受到 Target Isotopes、Gas Composition、Required Detection Limit、Mass Resolution、Magnetic Field、Radiation Environment、Analyser Location 與所需 Real-Time Quantification 能力影響。
恩詠有限公司可依客戶的Tokamak / Torus Research、Hydrogen / Deuterium / Helium Composition、Fuel Purity、D₂ / He Analysis、Deuterated Compounds、Mass Range、TIMS、Ultra-High Resolution、Vacuum Pressure、Magnetic / Radiation Shielding 與 Control Integration需求，協助評估適合的 Hiden DLS 系列系統配置。