[实用新型]一种等离子体内壁材料损伤状态的实时监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种材料损伤状态的实时监测装置，可应用于核聚变装置中实时监测面对等离子体的内壁材料的损伤情况，属核能领域。

背景技术

随着化石能源的逐渐消耗，人类必须寻找到新的能源形式。聚变燃料氘的资源非常丰富，储量可供人类用上几亿年。聚变能源将是人类未来最主要的能源之一。

在核聚变装置运行过程中，面对等离子体的内壁材料要经受着聚变等离子体的各种粒子作用，随时了解壁材料的性能状态对于保证聚变反应的正常进行十分重要。然而，由于聚变装置内部的结构较复杂，并且存在着强磁场环境，利用光学、磁学等传感原理等很难实现对壁材料的监测目的。目前还没有一种可用的对内壁材料损伤状态实时监测的装置见诸报道。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种等离子体内壁材料损伤状态的实时监测装置，实现对等离子体内壁材料的损伤状态进行实时监测。

本实用新型技术方案：一种等离子体内壁材料损伤状态的实时监测装置，其特征在于包括：谐振复合元件、水冷屏蔽壳、导线及谐振频率测量仪；所述谐振复合元件是能够随着内壁材料性能状态的变化而产生谐振频率变化的元件，它包括片状压电晶体片、内壁材料薄层、电极和防护层，在片状压电晶体片的一个表面上复合上一层与之紧密接触的内壁材料薄层，片状压电晶体片的另一个表面上复合两个电极，从而组成一个谐振复合元件；谐振复合元件的侧面和背面是零电位的水冷屏蔽壳，用以屏蔽环境电磁场对谐振复合元件的干扰，并利用冷却水防止等离子体产生的高温烧毁元件；谐振复合元件经由两个电极分别与两路导线的一端连接，两路导线的另一端连接到谐振频率测量仪。

在所述片状压电晶体和内壁材料薄层之间还复合一层片状压电晶体和内壁材料薄层紧密接触的防护层，以防止压电晶体中的氧元素被还原并进入等离子体。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：本实用新型利用测量压电晶体的谐振频率来实现对内壁材料服役状态的定量实时测量，解决了光学和磁学测量装置不能实现实时监测聚变装置内壁材料服役状态的问题。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为实时监测系统安装结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括：谐振复合元件、水冷屏蔽壳7、导线4及谐振频率测量仪5，谐振复合元件是能够随着内壁材料性能状态的变化而产生谐振频率变化的元件，它由片状压电晶体片1、内壁材料薄层2、电极3和防护层6组成，在片状压电晶体片1的一个表面上复合上一层与之紧密接触的防护层6，以防止压电晶体中的氧元素被还原并进入等离子体；防护层6的上面再复合一层与之紧密接触的内壁材料薄层2，片状压电晶体片1的另一个表面上复合两个电极3，从而组成一个谐振复合元件；谐振复合元件的侧面和背面是零电位的水冷屏蔽壳7，用以屏蔽环境电磁场对谐振复合元件的干扰，并利用冷却水防止等离子体产生的高温烧毁元件；谐振复合元件经由两个电极3分别与两路导线4的一端连接，两路导线4的另一端连接到谐振频率测量仪5。

本实用新型的实时监测工作过程：

(1)将带水冷屏蔽壳7的谐振复合元件和内壁材料样品同时放入等离子体作用装置中，让等离子体同时作用在谐振复合元件和内壁材料样品上；通过谐振频率测量仪5实时测量谐振复合元件的频率变化值，同时每隔一定时间将内壁材料取出进行各种性能检测，根据内壁材料检测结果评估出内壁材料该状态下的寿命当量，建立频率变化和寿命当量的数值对应表。所述频率变化和寿命当量的“数值对应表”的建立，首先从谐振频率测量仪中读出某时刻的谐振频率数值，然后再由内壁材料专业人员根据该时刻的内壁材料样品的各种性能检测数据评估出寿命当量。这样，通过一系列的实际校准测量，分别得到一系列频率变化数值和寿命当量数值，将这两个系列的数值一一对应，既形成了数值对应表，即每一个频率值对应着一个唯一的寿命当量值。

(2)如图2所示，将带水冷屏蔽壳7的谐振复合元件10安装在聚变等离子体装置中的内壁8上，通过导线4，穿过聚变装置外壁9，引出至谐振频率测量仪5。然后，测量频率随着等离子体作用而产生的变化数值。在聚变等离子体装置运行过程中，等离子体将同时作用在谐振复合单元10和内壁8上，内壁材料寿命将因等离子体损伤而衰减，同时组成谐振复合单元10的内壁材料薄层2也会产生损伤而引起谐振频率变化。所要测量的谐振频率变化数值，可以在所组成的测量系统中直接从谐振频率测量仪上读出读数。