第一镜样品辐照支架与辐照方法

摘要

本发明属于材料与高温等离子体相互作用及高温等离子体诊断研究领域，具体涉及一种高真空和强磁场环境中第一镜样品辐照支架与辐照方法。目的是方便温度控制和更换不同材料样品，且不破坏装置真空条件。该辐照支架包括两个平行摆放的样品架，在一个样品架的内部置有陶瓷加热片，在陶瓷加热片上方置有温度传感器A和样品A，在样品A上方压有样品压板A；在另一个样品架的内部置有样品B和温度传感器B，在样品B上方压有样品压板B；所述陶瓷加热片、温度传感器A、温度传感器B的电源线与信号线与外部电源和显示器相连。该辐照支架便于同一等离子体放电情况下不同样品条件的实验比较，且避免了220V交流电源对等离子体放电的影响。

说明书

技术领域

本发明属于材料与高温等离子体相互作用及高温等离子体诊断研究领域，具体涉及一种高真空和强磁场环境中第一镜样品辐照支架与辐照方法。

背景技术

在受控核聚变实验研究中，许多物理和实验参数需要利用光学诊断方法如干涉仪来进行测量。为了获得探测信号，必须借助一些光学反射镜将等离子体信号引到测量系统。这些反射镜称为第一镜。高能量的等离子体将使反射镜遭受溅射腐蚀和杂质沉积，第一镜反射率将大辐下降，最终造成测量系统瘫痪。因此解决第一镜光学性能退化问题成为该行业目前研究的热点之一。理论研究推测，第一镜腐蚀与沉积与镜子的基底材料、基底温度及防护情况相关。但是具体的关系如何需要实验的验证。

聚变装置如托卡马克装置由于结构的复杂性和高真空，高磁场的特点，通常材料样品装入装置后，必须经过半年或更长的时间才能打开真空室取出。期间经历的过程过于复杂，给分析研究带来了困难。另外由于聚变装置真空室内壁较薄，为避免放电中的拉弧，不容许连接220V的交流电源，用通常的电阻丝为样品材料加热就成为了问题。目前将第一镜材料样品装入真空室主要是人工放入的方法，因而亟需一种满足复杂实验条件的样品支架结构。

发明内容

本发明的目的在针对聚变装置中实验样品辐照受到的限制，提供一种可以通过温度控制、方便更换不同材料样品且不破坏装置真空条件的第一镜样品辐照支架与辐照方法。

本发明的技术方案如下：

第一镜样品辐照支架，包括两个平行摆放的样品架，在一个样品架的内部置有陶瓷加热片，在陶瓷加热片上方置有温度传感器A和样品A，所述样品A与陶瓷加热片接触并通过陶瓷加热片加热；在样品A上方压有样品压板A；在另一个样品架的内部置有样品B和温度传感器B，温度传感器B用于测量样品B的温度，在样品B上方压有样品压板B；所述陶瓷加热片、温度传感器A、温度传感器B的电源线与信号线与外部电源和显示器相连。

如上所述的第一镜样品辐照支架，其中：所述两个样品架共用一个底座，在底座与两个样品架的连接处分别置有绝缘隔板A和绝缘隔板B，底座内置有能源和传感器接线柱。

如上所述的第一镜样品辐照支架，其中：所述陶瓷加热片通过控制加在其上的直流电压大小来得到不同的温度，温度控制范围在20-250℃。

如上所述的第一镜样品辐照支架，其中：所述样品压板A、样品压板B通过螺纹或螺丝压钉固定在样品架上；且所述样品压板A、样品压板B为中心带有通孔的圆板。

如上所述的第一镜样品辐照支架，其中：所述样品压板A、样品压板B的中心通孔为圆柱型或圆台型。

第一镜样品辐照系统，包括聚变装置、能够放入聚变装置真空室内的第一镜样品台架、外界真空室、隔离聚变装置真空室与外界真空室的闸板阀、位于外界真空室内且用于将第一镜样品台架送入和取出聚变装置真空室的传动杆，以及与第一镜样品台架相连的电路与温度控制测量及真空抽气装置。

第一镜样品辐照方法，包括将样品放入辐照真空室的步骤和移出辐照真空室的步骤，其中：所述将样品放入辐照真空室的步骤依次包括：

①将样品A与样品B分别放置在第一镜样品台架的两个样品架上，

②通过样品压板A和样品压板B将样品固定，使两样品表面位于同一高度，

③将第一镜样品台架放入外界真空室，并与传动杆相连，抽外界真空室本底真空，

④打开用于密封聚变装置真空室的闸板阀，通过传动杆将第一镜样品台架移入聚变装置的真空室，关闭闸板阀；

所述将样品移出辐照真空室的步骤依次包括：

①首先打开闸板阀，通过传动杆将第一镜样品台架移出聚变装置真空室，关闭闸板阀，

②打开外界真空室，将样品取出，换样品或改变样品压板结构。

本发明的有益效果是：

1.多功能第一镜样品台布置为两个样品架平行摆放格局，且利用陶瓷加热片和温度传感器加热和控制样品温度，便于同一等离子体放电情况下不同样品条件(如不同样品材料，不同样品基底温度)的实验比较；

2.通过接有直流电源的陶瓷加热片为样品加热，避免了220V交流电源对等离子体放电的影响。

3.样品压板具有不同形状的通孔，可以适应样品材料不同污染机制的实验研究。

4.螺纹连接的样品压板方便了不同样品压板形状的更换与对比实验。

5.通过绝缘隔板将第一镜样品台架的两个样品架与底座绝缘，保证了在使用传动杆通过与底座相连操作第一镜样品台架时，两个样品架与传动杆绝缘，避免了样品台架电位对聚变装置真空室内壁的影响。

6.通过在聚变装置真空室和外界真空室间植入闸板阀，可以在不破坏聚变装置真空的情况下，实现样品的随时更换，并研究在单一放电情形下样品的辐照特征。

附图说明

图1是本发明提供的一种第一镜样品台辐照系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种第一镜样品台架的结构示意图；

图3是不同样品压板形状示意图；

图中：1.样品台架，2.闸板阀，3.传动杆，4.样品压板A，5.样品压板B，6.样品A，7.温度传感器A，8.陶瓷加热片，9.绝缘隔板A，10.样品B，11.温度传感器B，12.绝缘隔板B，13.能源和传感器接线柱，14.电路与温度控制测量及真空抽气装置，15.外界真空室，16.聚变装置真空室；图3中(a)是中心通孔为柱型的样品压板，(b)是中心通孔为带齿状柱型的样品压板，(c)是中心通孔为圆台型的样品压板，(d)是中心通孔为带齿状圆台型的样品压板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种第一镜样品辐照支架进行详细的描述。

如图1所示，第一镜样品辐照系统包括聚变装置(例如HL-2A托卡马克，其内真空室即为辐照真空室)，可放入聚变装置真空室16内的第一镜样品台架1、外界真空室15(图中给出的是管道状的真空室，可以是其它形状的；由于需打开外界真空室更换样品且用机械泵抽气，因而外界真空室的真空度比聚变装置真空室差)，还包括隔离聚变装置真空室与外界真空室的闸板阀2，位于外界真空室15内且用于将第一镜样品台架1送入和取出聚变装置真空室的传动杆3，以及与第一镜样品台架1相连的电路与温度控制测量及真空抽气装置14。

如图2所示，第一镜样品台架1包括两个平行摆放的样品架，两个样品架可共用一个底座，底座内置有能源和传感器接线柱13，在底座与两个样品架的连接处分别置有绝缘隔板A9和绝缘隔板B12；绝缘隔板A9和绝缘隔板B12的材料可均为聚四氟乙烯也可选用其它隔热绝缘材料。

在一个样品架的内部置有陶瓷加热片8，在陶瓷加热片8上方置有温度传感器A7和样品A6(样品A6通常为金属材料，如钼，铜，不锈钢等)，样品A6与陶瓷加热片8接触并通过陶瓷加热片8加热，该陶瓷加热片8可以通过控制加在其上的直流电压大小来得到不同的温度，避免了220V交流电源对等离子体放电的影响，温度控制范围在20-250℃。温度传感器A7用于测量样品A6的温度。在样品A6上方压有样品压板A4，样品压板A4的形状根据样品A6的受污染机理而确定。

如图3所示，样品压板为中心开有通孔的圆板，(a)中通孔为圆柱型，(b)中通孔是带有齿状的圆柱型，(c)中通孔是圆台型的，(d)中通孔是带有齿状的圆台型。还可根据实验具体需要设计其他结构的样品压板，而不局限于上述结构。

在另一个样品架的内部置有样品B10和温度传感器B11，温度传感器B11用于测量样品B10的温度，在样品B10上方压有样品压板B5，样品压板B5的形状选择同样品压板A4的选择原则。

样品压板A4和样品压板B5通过螺纹或螺丝压钉固定在样品架上，螺纹连接的样品压板方便了不同压板形状的更换与对比实验。

加热电源与温度传感器A7、温度传感器B11的信号通过能源和传感器接线柱13连接。

在进行辐照实验时，样品A4与样品B10为各参数相同或不同的样品，并选择相应的样品压板A4和样品压板B5，使两样品表面位于同一高度，这有利于研究同一等离子体放电条件的辐照情况。

第一镜样品辐照方法，包括如下步骤：

辐照实验前，首先将样品A4与样品B10分别放置在第一镜样品台架1的两个样品架上，并通过样品压板A4和样品压板B5将样品固定；再将第一镜样品台架1放入外界真空室，并与传动杆2相连(例如通过传动杆2夹持第一镜样品台架1的底座)，抽真空使外界真空室达到机械泵的极限真空，打开用于密封聚变装置真空室的闸板阀3，通过传动杆2将第一镜样品台架1移入聚变装置的真空室，关闭闸板阀3。实验结束后，首先打开闸板阀3，通过传动杆2将第一镜样品台架1移出聚变装置真空室，关闭闸板阀3，打开外界真空室15，可将样品取出，换样品或改变样品压板结构。辐照时，应尽量使两样品表面位于同一高度。