[發明專利]一種原位分析聚變裝置第一鏡表面雜質的方法

有效

• 申請號: 201310027896.8
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103105376A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 海然;張辰飛;信裕;丁洪斌
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 徐淑東

技術領域

本發明涉及光學診斷領域，特別涉及一種原位分析聚變裝置第一鏡表面雜質的方法。

背景技術

磁約束聚變裝置運行過程中放電等離子體溫度高達上億度，并伴隨著極高的熱流輻照和高能粒子流轟擊，這使得常規接觸式等離子體診斷設備無法工作。在現代磁約束核聚變裝置中，光學診斷技術得到了廣泛應用。光學診斷技術一般通過第一鏡來直接觀測放電等離子體。光學診斷設備通常需要擁有較為廣闊的視角，這樣第一鏡不得不安裝在磁約束聚變裝置的真空放電腔室內廣角度地暴露給等離子體。在現代磁約束核聚變裝置中，正常運行條件下，都會產生一定量的雜質灰塵，并與燃料（氘，氚）相互作用共同沉積在第一鏡表面。這種沉積雜質層將會造成第一鏡光學性能下降，從而導致診斷工作參數的失實，嚴重時甚至導致整個測量系統無法工作。

太赫茲（Terahertz,?THz）波通常指的是頻率處在0.1THz~10THz之間的電磁波，介于微波和紅外之間。太赫茲波具有比毫米波更短的波長，這使得太赫茲波成像具有更高的空間分辨率。研究發現，太赫茲光譜技術能夠迅速地對樣品組成的細微變化做出分析和鑒別，而且太赫茲光譜技術是一種非接觸測量技術，使它能夠對第一鏡表面的塵埃雜質層的理化指標實現原位，在線分析研究。這可以在一定范圍內糾正由于第一鏡光學參數下降所產生的測量誤差，并對于第一鏡激光清洗工作具有指導意義，對于整個光學診斷技術的穩定運行十分重要。

發明內容

本發明的目的是為解決上述現有技術中的技術問題，提供一種原位分析聚變裝置第一鏡表面雜質的方法，能夠原位、在線、實時、遠程監測第一鏡表面塵埃雜質的沉積情況，對研究雜質灰塵，燃料滯留等物理問題有著不可比擬的優勢。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：提供了一種原位分析聚變裝置第一鏡表面雜質的方法，具體包括以下步驟：

步驟100：測量并記錄原始第一鏡5的太赫茲時域波譜，以此作為參考太赫茲時域譜；

步驟200：經過磁約束聚變裝置3運行一段時間后，在第一鏡表面沉積一層致密的雜質灰塵，在與步驟100相同條件下測量載有雜質灰塵的第一鏡表面反射太赫茲時域波譜；

步驟300：分析系統將測得的參考太赫茲時域譜和載有雜質灰塵信息的太赫茲時域譜在有效頻域內分別進行傅里葉變換得到參考信號頻域譜F_mirror?(ω)和載有雜質灰塵信息的太赫茲頻域譜F_?dust（ω）；

步驟400：將載有雜質灰塵信息的太赫茲頻域譜F_?dust（ω）除以參考信號頻域譜F_mirror?(ω)，得到磁約束聚變裝置3運行過后沉積在第一鏡表面灰塵雜質層的相對反射率譜；

步驟500：分析系統通過分析相對反射率譜，提取出吸收峰的信息，并與計算機數據庫中所有物質的太赫茲吸收峰相比較。由于太赫茲特征吸收峰往往對應著某些極性分子的振動能級和轉動能級，分析系統將相對反射率譜的波形，吸收峰的位置信息，與計算機數據庫中已知材料的太赫茲特征吸收峰比對，如果測到反射率譜中某個或某幾個譜峰都與計算機數據庫中某種物質的太赫茲吸收峰位置相一致，則證明該測量區域含有這種物質。根據譜峰的強度值，可以半定量的給出該物質的含量。

步驟600：通過掃描的方式對第一鏡5表面沉積雜質的成分進行二維成像；完成高靈敏度、原位、無損、在線監測磁約束聚變裝置第一鏡表面雜質灰塵沉積過程的任務。

有益效果：本發明能夠在磁約束聚變裝置運行過程中連續監測灰塵沉積物理過程，分布特點等熱點問題，有助于理解磁約束聚變裝置運行過程中雜質灰塵沉積，氘氚燃料滯留等PSI問題；本發明是一種無損檢測方法，可以有效地檢測沉積雜質的物理化學信息；由于太赫茲波在核聚變裝置真空腔室內傳播過程損耗小，可以實現遠距離原位在線診斷，信噪比較高，穩定性好；依據本發明，可以開發出小型，高效，直觀的第一鏡表面檢測設備。

附圖說明

圖1為基于反射式太赫茲光譜第一鏡表面雜質分析裝置的示意圖。

圖2為磁約束聚變裝置運行一年后第一鏡實物照片。

圖3為本發明一種原位分析聚變裝置第一鏡表面雜質的方法流程框圖。

附圖標識：1-計算機控制系統，2-脈沖寬帶太赫茲波發射模塊，3-磁約束聚變裝置，4-太赫茲入射窗口，5-第一鏡，6-固定支架，7-太赫茲接收接收模塊，?8-第一拋面鏡，9-第二拋面鏡，10-第三拋面鏡，11-第四拋面鏡，12-三維掃描系統。

具體實施方式