[實(shí)用新型]一種面壁材料3D微區(qū)燃料滯留無損定量分析設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720911884.5
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN207396352U
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁洪斌;趙棟燁;李聰;孫立影;呂燕;孫繼忠;夏體銳;楊洪廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/71
• 分類號(hào): G01N21/71;G01N27/62
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208
• 代理人: 裴毓英

本實(shí)用新型公開了一種面壁材料3D微區(qū)燃料滯留無損定量分析設(shè)備。通過使用本設(shè)備，并結(jié)合相應(yīng)的軟件及算法，可實(shí)現(xiàn)激光誘導(dǎo)解吸附技術(shù)結(jié)合熱脫附質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)面壁材料燃料滯留高空間分辨(μm量級(jí))、高深度分辨(nm到mm量級(jí))、無損的定量分析。其檢出限低、探測(cè)靈敏度高、樣品無需預(yù)處理，可快速(s量級(jí))分析被測(cè)樣品。此外，通過使用分壓校準(zhǔn)法，可以將該方法用于定量分析其他氣體分子和有機(jī)分子。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面壁材料3D微區(qū)燃料滯留無損定量分析設(shè)備。

背景技術(shù)

在聚變裝置托卡馬克運(yùn)行過程中，由于磁場(chǎng)對(duì)粒子約束的不完全性，如中性粒子、順著磁力線輸運(yùn)的粒子、帶電粒子之間的電荷交換、等離子體破裂等會(huì)發(fā)生等離子體與器壁相互作用(Plasma-Wall-Interaction,PWI)。PWI是一個(gè)多學(xué)科交叉、多物理和化學(xué)過程耦合以及多尺度變化的復(fù)雜問題，可以說托卡馬克磁約束核聚變能否或者何時(shí)能夠最終實(shí)現(xiàn)，很大程度上依賴于PWI過程的研究與控制。PWI過程中一個(gè)關(guān)鍵問題是：面壁材料(PFMs)在聚變等離子體輻照下，將發(fā)生背散射、解吸、物理濺射、化學(xué)腐蝕、結(jié)構(gòu)損傷、雜質(zhì)沉積、燃料滯留等復(fù)雜現(xiàn)象。這些將使PFMs表面元素成分發(fā)生改變，影響燃料再循環(huán)控制，從而影響等離子體約束性能，導(dǎo)致各種等離子體不穩(wěn)定性，降低聚變等離子體品質(zhì)，甚至導(dǎo)致等離子體破裂。為在托卡馬克核聚變裝置中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖、高約束、穩(wěn)定的放電，關(guān)鍵問題之一是要弄清楚等聚變離子體(主要是氘、氚及氦)與PFMs相互作用的機(jī)理，其中重要的一點(diǎn)就是聚變等離子體燃料滯留機(jī)制。尤其是理解偏濾器瓦片之間的間隙內(nèi)的雜質(zhì)沉積和燃料滯留極為重要，這是由于對(duì)瓦片之間的間隙的清理以及探測(cè)相比與其他部位PFMs更為困難。偏濾器部位燃料滯留對(duì)裝置的安全穩(wěn)態(tài)運(yùn)行起重要作用，目前正在建的最大托卡馬克裝置國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)真空室內(nèi)氚的安全量是700g。未來超導(dǎo)托卡馬克裝置的穩(wěn)態(tài)安全運(yùn)行對(duì)燃料在托卡馬克PFMs壁中的滯留要求會(huì)十分嚴(yán)格，對(duì)燃料滯留機(jī)制的深入理解是當(dāng)前國(guó)際聚變界的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。目前對(duì)偏濾器PFMs燃料滯留的分析方法主要集中在離線分析，即在聚變裝置一輪放電結(jié)束后，打開真空腔室，取出PFMs材料，然后使用各種電子束、離子束等手段對(duì)其進(jìn)行分析。

目前主要的離線分析手段包括核反應(yīng)分析法(Nuclear Reaction Analysis，NRA)、二次離子質(zhì)譜(Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS)、氚成像技術(shù)(TritiumImage Photo Technology，TIPT)、俄歇電子能譜(Auger Electron Spectroscopy，AES)、X光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy， XPS)、X射線衍射儀(X-RayDiffraction，XRD)、掃描電子顯微鏡-能量分散光譜(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersed Spectroscopy， SEM-EDS)、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)、共聚焦顯微鏡 (Confocal Microscopy，CM)、聚焦離子束-掃描電子顯微鏡(FocusIons Beam- Scanning Electron Microscope，F(xiàn)IB-SEM)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LaserInduced Breakdown Spectroscopy，LIBS)、輝光放電發(fā)射光譜(Glow Discharge-OpticalEmission Spectroscopy，GD-OES)、熱脫附質(zhì)譜(Thermal Desorption Spectroscopy，TDS)等獲取氫同位素滯留的相關(guān)信息。