[发明专利]一种原位分析聚变装置第一镜表面杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学诊断领域，特别涉及一种原位分析聚变装置第一镜表面杂质的方法。

背景技术

磁约束聚变装置运行过程中放电等离子体温度高达上亿度，并伴随着极高的热流辐照和高能粒子流轰击，这使得常规接触式等离子体诊断设备无法工作。在现代磁约束核聚变装置中，光学诊断技术得到了广泛应用。光学诊断技术一般通过第一镜来直接观测放电等离子体。光学诊断设备通常需要拥有较为广阔的视角，这样第一镜不得不安装在磁约束聚变装置的真空放电腔室内广角度地暴露给等离子体。在现代磁约束核聚变装置中，正常运行条件下，都会产生一定量的杂质灰尘，并与燃料（氘，氚）相互作用共同沉积在第一镜表面。这种沉积杂质层将会造成第一镜光学性能下降，从而导致诊断工作参数的失实，严重时甚至导致整个测量系统无法工作。

太赫兹（Terahertz, THz）波通常指的是频率处在0.1THz~10THz之间的电磁波，介于微波和红外之间。太赫兹波具有比毫米波更短的波长，这使得太赫兹波成像具有更高的空间分辨率。研究发现，太赫兹光谱技术能够迅速地对样品组成的细微变化做出分析和鉴别，而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，使它能够对第一镜表面的尘埃杂质层的理化指标实现原位，在线分析研究。这可以在一定范围内纠正由于第一镜光学参数下降所产生的测量误差，并对于第一镜激光清洗工作具有指导意义，对于整个光学诊断技术的稳定运行十分重要。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种原位分析聚变装置第一镜表面杂质的方法，能够原位、在线、实时、远程监测第一镜表面尘埃杂质的沉积情况，对研究杂质灰尘，燃料滞留等物理问题有着不可比拟的优势。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种原位分析聚变装置第一镜表面杂质的方法，具体包括以下步骤：

步骤100：测量并记录原始第一镜5的太赫兹时域波谱，以此作为参考太赫兹时域谱；

步骤200：经过磁约束聚变装置3运行一段时间后，在第一镜表面沉积一层致密的杂质灰尘，在与步骤100相同条件下测量载有杂质灰尘的第一镜表面反射太赫兹时域波谱；

步骤300：分析系统将测得的参考太赫兹时域谱和载有杂质灰尘信息的太赫兹时域谱在有效频域内分别进行傅里叶变换得到参考信号频域谱F_mirror (ω)和载有杂质灰尘信息的太赫兹频域谱F _dust（ω）；

步骤400：将载有杂质灰尘信息的太赫兹频域谱F _dust（ω）除以参考信号频域谱F_mirror (ω)，得到磁约束聚变装置3运行过后沉积在第一镜表面灰尘杂质层的相对反射率谱；

步骤500：分析系统通过分析相对反射率谱，提取出吸收峰的信息，并与计算机数据库中所有物质的太赫兹吸收峰相比较。由于太赫兹特征吸收峰往往对应着某些极性分子的振动能级和转动能级，分析系统将相对反射率谱的波形，吸收峰的位置信息，与计算机数据库中已知材料的太赫兹特征吸收峰比对，如果测到反射率谱中某个或某几个谱峰都与计算机数据库中某种物质的太赫兹吸收峰位置相一致，则证明该测量区域含有这种物质。根据谱峰的强度值，可以半定量的给出该物质的含量。

步骤600：通过扫描的方式对第一镜5表面沉积杂质的成分进行二维成像；完成高灵敏度、原位、无损、在线监测磁约束聚变装置第一镜表面杂质灰尘沉积过程的任务。

有益效果：本发明能够在磁约束聚变装置运行过程中连续监测灰尘沉积物理过程，分布特点等热点问题，有助于理解磁约束聚变装置运行过程中杂质灰尘沉积，氘氚燃料滞留等PSI问题；本发明是一种无损检测方法，可以有效地检测沉积杂质的物理化学信息；由于太赫兹波在核聚变装置真空腔室内传播过程损耗小，可以实现远距离原位在线诊断，信噪比较高，稳定性好；依据本发明，可以开发出小型，高效，直观的第一镜表面检测设备。

附图说明

图1为基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置的示意图。

图2为磁约束聚变装置运行一年后第一镜实物照片。

图3为本发明一种原位分析聚变装置第一镜表面杂质的方法流程框图。

附图标识：1-计算机控制系统，2-脉冲宽带太赫兹波发射模块，3-磁约束聚变装置，4-太赫兹入射窗口，5-第一镜，6-固定支架，7-太赫兹接收接收模块， 8-第一抛面镜，9-第二抛面镜，10-第三抛面镜，11-第四抛面镜，12-三维扫描系统。

具体实施方式