[實用新型]一種等離子體內(nèi)壁材料損傷狀態(tài)的實時監(jiān)測裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020113632.6
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN201655344U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王波;段亞飛;張穎;呂廣宏
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種材料損傷狀態(tài)的實時監(jiān)測裝置，可應(yīng)用于核聚變裝置中實時監(jiān)測面對等離子體的內(nèi)壁材料的損傷情況，屬核能領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著化石能源的逐漸消耗，人類必須尋找到新的能源形式。聚變?nèi)剂想馁Y源非常豐富，儲量可供人類用上幾億年。聚變能源將是人類未來最主要的能源之一。

在核聚變裝置運(yùn)行過程中，面對等離子體的內(nèi)壁材料要經(jīng)受著聚變等離子體的各種粒子作用，隨時了解壁材料的性能狀態(tài)對于保證聚變反應(yīng)的正常進(jìn)行十分重要。然而，由于聚變裝置內(nèi)部的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且存在著強(qiáng)磁場環(huán)境，利用光學(xué)、磁學(xué)等傳感原理等很難實現(xiàn)對壁材料的監(jiān)測目的。目前還沒有一種可用的對內(nèi)壁材料損傷狀態(tài)實時監(jiān)測的裝置見諸報道。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種等離子體內(nèi)壁材料損傷狀態(tài)的實時監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對等離子體內(nèi)壁材料的損傷狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。

本實用新型技術(shù)方案：一種等離子體內(nèi)壁材料損傷狀態(tài)的實時監(jiān)測裝置，其特征在于包括：諧振復(fù)合元件、水冷屏蔽殼、導(dǎo)線及諧振頻率測量儀；所述諧振復(fù)合元件是能夠隨著內(nèi)壁材料性能狀態(tài)的變化而產(chǎn)生諧振頻率變化的元件，它包括片狀壓電晶體片、內(nèi)壁材料薄層、電極和防護(hù)層，在片狀壓電晶體片的一個表面上復(fù)合上一層與之緊密接觸的內(nèi)壁材料薄層，片狀壓電晶體片的另一個表面上復(fù)合兩個電極，從而組成一個諧振復(fù)合元件；諧振復(fù)合元件的側(cè)面和背面是零電位的水冷屏蔽殼，用以屏蔽環(huán)境電磁場對諧振復(fù)合元件的干擾，并利用冷卻水防止等離子體產(chǎn)生的高溫?zé)龤г?；諧振復(fù)合元件經(jīng)由兩個電極分別與兩路導(dǎo)線的一端連接，兩路導(dǎo)線的另一端連接到諧振頻率測量儀。

在所述片狀壓電晶體和內(nèi)壁材料薄層之間還復(fù)合一層片狀壓電晶體和內(nèi)壁材料薄層緊密接觸的防護(hù)層，以防止壓電晶體中的氧元素被還原并進(jìn)入等離子體。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：本實用新型利用測量壓電晶體的諧振頻率來實現(xiàn)對內(nèi)壁材料服役狀態(tài)的定量實時測量，解決了光學(xué)和磁學(xué)測量裝置不能實現(xiàn)實時監(jiān)測聚變裝置內(nèi)壁材料服役狀態(tài)的問題。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理示意圖；

圖2為實時監(jiān)測系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型包括：諧振復(fù)合元件、水冷屏蔽殼7、導(dǎo)線4及諧振頻率測量儀5，諧振復(fù)合元件是能夠隨著內(nèi)壁材料性能狀態(tài)的變化而產(chǎn)生諧振頻率變化的元件，它由片狀壓電晶體片1、內(nèi)壁材料薄層2、電極3和防護(hù)層6組成，在片狀壓電晶體片1的一個表面上復(fù)合上一層與之緊密接觸的防護(hù)層6，以防止壓電晶體中的氧元素被還原并進(jìn)入等離子體；防護(hù)層6的上面再復(fù)合一層與之緊密接觸的內(nèi)壁材料薄層2，片狀壓電晶體片1的另一個表面上復(fù)合兩個電極3，從而組成一個諧振復(fù)合元件；諧振復(fù)合元件的側(cè)面和背面是零電位的水冷屏蔽殼7，用以屏蔽環(huán)境電磁場對諧振復(fù)合元件的干擾，并利用冷卻水防止等離子體產(chǎn)生的高溫?zé)龤г?；諧振復(fù)合元件經(jīng)由兩個電極3分別與兩路導(dǎo)線4的一端連接，兩路導(dǎo)線4的另一端連接到諧振頻率測量儀5。

本實用新型的實時監(jiān)測工作過程：

(1)將帶水冷屏蔽殼7的諧振復(fù)合元件和內(nèi)壁材料樣品同時放入等離子體作用裝置中，讓等離子體同時作用在諧振復(fù)合元件和內(nèi)壁材料樣品上；通過諧振頻率測量儀5實時測量諧振復(fù)合元件的頻率變化值，同時每隔一定時間將內(nèi)壁材料取出進(jìn)行各種性能檢測，根據(jù)內(nèi)壁材料檢測結(jié)果評估出內(nèi)壁材料該狀態(tài)下的壽命當(dāng)量，建立頻率變化和壽命當(dāng)量的數(shù)值對應(yīng)表。所述頻率變化和壽命當(dāng)量的“數(shù)值對應(yīng)表”的建立，首先從諧振頻率測量儀中讀出某時刻的諧振頻率數(shù)值，然后再由內(nèi)壁材料專業(yè)人員根據(jù)該時刻的內(nèi)壁材料樣品的各種性能檢測數(shù)據(jù)評估出壽命當(dāng)量。這樣，通過一系列的實際校準(zhǔn)測量，分別得到一系列頻率變化數(shù)值和壽命當(dāng)量數(shù)值，將這兩個系列的數(shù)值一一對應(yīng)，既形成了數(shù)值對應(yīng)表，即每一個頻率值對應(yīng)著一個唯一的壽命當(dāng)量值。

(2)如圖2所示，將帶水冷屏蔽殼7的諧振復(fù)合元件10安裝在聚變等離子體裝置中的內(nèi)壁8上，通過導(dǎo)線4，穿過聚變裝置外壁9，引出至諧振頻率測量儀5。然后，測量頻率隨著等離子體作用而產(chǎn)生的變化數(shù)值。在聚變等離子體裝置運(yùn)行過程中，等離子體將同時作用在諧振復(fù)合單元10和內(nèi)壁8上，內(nèi)壁材料壽命將因等離子體損傷而衰減，同時組成諧振復(fù)合單元10的內(nèi)壁材料薄層2也會產(chǎn)生損傷而引起諧振頻率變化。所要測量的諧振頻率變化數(shù)值，可以在所組成的測量系統(tǒng)中直接從諧振頻率測量儀上讀出讀數(shù)。