[發明專利]離子輻照和液態金屬腐蝕協同作用研究實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201310630224.6
• 申請日: 2013-12-01
• 公開（公告）號: CN103698262A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 姚存峰;王志光
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張真

技術領域

本發明涉及應用于離子輻照和液態金屬腐蝕環境中的材料性能測試實驗設備技術領域，尤其是涉及一種離子輻照和液態金屬腐蝕協同作用研究實驗裝置及方法。

背景技術

核能可持續發展面臨著核廢料尤其是長壽命核廢料的最終處理處置的世界性難題。1980年代后期以來,加速器驅動的次臨界系統(ADS)作為核能可持續發展的創新技術路線在國際核能界受到普遍重視。由于具有良好的中子學和物理性能（高熱導和熱熔、低熔點和蒸汽壓以及化學惰性等），Pb-Bi合金（LBE）是目前公認的ADS靶材兼冷卻劑首選材料。服役于LBE作為散裂靶兼冷卻劑ADS系統中的結構材料面臨著非常惡劣的工況，不僅有高溫（300-800℃）、高熱負載（10MW/m²）、高能質子和中子引起的強輻照（100dpa/year）、強腐蝕（幾十um/year），同時還有高He產率（100appm/dpa）及瞬間應力。在過去的幾十年中，人們針對不同核能系統環境中的結構材料開展了大量輻照損傷，但涉及液態PbBi腐蝕和輻照協同作用引起的結構材料性能退化問題尚未解決，無論從實驗技術，還是相關物理過程，都需要開展大量的攻關和強化研究。目前國內缺乏相關的實驗平臺或裝置用于開展輻照/腐蝕協同作用研究，迫切需要建立該類型的實驗裝置。

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術的不足提供一種離子輻照和液態金屬腐蝕協同作用研究實驗裝置。從而有效解決了現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：所述的離子輻照和液態金屬腐蝕協同作用研究實驗裝置，其特點是包括離子束流引出真空系統、液態金屬回路系統和樣品輻照室，所述的離子束流引出真空系統包括離子束傳輸真空管道，離子束傳輸真空管道上沿離子束傳輸方向依次設置有氣動真空隔斷閥、快速響應真空閥、波紋管和冷卻水套，電磁掃描設備設置在離子束傳輸真空管道前端外圍，液態金屬泄漏腔與離子束傳輸真空管道相連，離子束傳輸真空管道上還安裝有第一真空泵、半攔截式離子束流探測器、第一離子束斑探測器、攔截式離子束流探測器、第二離子束斑探測器和液態金屬探測器，所述的樣品輻照室安裝在離子束傳輸真空管道端部，樣品安裝在樣品輻照室內，樣品輻照室與液態金屬回路系統相連，所述的液態金屬回路系統包括液態金屬熔化腔，液態金屬熔化腔上蓋通過氣路管道分別與Ar氣鋼瓶和刻度腔上蓋相連，液態金屬熔化腔通過液態金屬回路管道分別與刻度腔和樣品輻照室相連。

所述的Ar氣鋼瓶與液態金屬熔化腔上蓋之間的氣路管道上依次設置有第一Ar氣閥、氣體過濾器和第二Ar氣閥；所述的刻度腔與液態金屬熔化腔上蓋之間的氣路管道上依次設置有第二真空氣閥、第二真空泵和第一真空氣閥；所述的刻度腔與液態金屬熔化腔之間的液態金屬回路管道上依次設置有第三液態金屬閥、加熱器、電磁流量計、第一液態金屬閥和液態金屬泄露口；所述的樣品輻照室通過液態金屬泵和第二液態金屬閥與電磁流量計和第一液態金屬閥之間的液態金屬回路管道相連；所述的刻度腔與樣品輻照室通過液態金屬回路管道相連，刻度腔與樣品室之間的液態金屬回路管道上依次設置有第四液態金屬閥和液態金屬冷卻器；所述的刻度腔內還設置有液態金屬液位探測器。

所述的電磁掃描設備放置在離子束傳輸真空管道前端外圍，電磁掃描設備后的離子束傳輸真空管道上接第一真空泵，半攔截式離子束流探測器安裝在第一真空泵后的離子束傳輸真空管道上，半攔截式離子束流探測器后的離子束傳輸真空管道上安裝第一離子束斑探測器上，第一離子束斑探測器后的離子束傳輸真空管道上依次安裝氣動真空隔斷閥和快速響應真空閥，快速響應真空閥通過波紋管與攔截式離子束流探測器連接，攔截式離子束流探測器后接液態金屬泄漏腔，液態金屬泄漏腔后接第二離子束斑探測器，第二離子束斑探測器后接冷卻水套，冷卻水套后接液態金屬探測器，液態金屬探測器與樣品輻照室相連。

所述的半攔截式離子束流探測器、第一離子束斑探測器、第二離子束斑探測器和攔截式離子束流探測器的中心處于離子束流傳輸真空管道的水平中軸線上，離子束傳輸方向應與離子束流傳輸真空管道的水平軸線重合，第一離子束斑探測器和第二離子束斑探測器平面與離子束傳輸方向呈45°夾角。