[发明专利]一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置

说明书

本发明涉及核聚变与光学诊断技术领域，提供一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置，包括：激光入射单元、干涉单元、相移单元、图像采集单元以及时序控制单元；所述激光入射单元包括第一激光器、第二激光器、透反镜、第一孔阑、空间滤波器和凸透镜；所述干涉单元包括依次设置的分束镜和反射镜；所述相移单元包括依次设置的压电陶瓷和压电陶瓷控制箱；所述图像采集单元包括工业相机；所述时序控制单元包括数据采集控制箱。本发明能够实现对托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的在线、无损、高精度、高灵敏度、三维及定量监测。

技术领域

本发明涉及核聚变与光学诊断技术领域，尤其涉及一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置。

背景技术

在磁约束核聚变实验研究中，碳材料因其良好的导热性能和低原子数而被广泛的应用于托卡马克第一壁材料。在托卡马克运行过程中，第一壁暴露在高热流和高粒子流下，同时化学侵蚀、物理溅射以及各种热效应的作用也会导致第一壁材料的侵蚀。被侵蚀的材料溅射出大量的杂质，影响托卡马克的运行安全。被侵蚀的碳材料与氢原子结合可以在第一壁上形成杂质沉积层，这就是再沉积。同时，氚滞留会大大缩短托卡马克的运行周期。因此，在托卡马克运行过程中，实现对侵蚀与再沉积的原位在线诊断，标定侵蚀与再沉积量的准确信息，对于延长托卡马克的运行周期，保证托卡马克的运行安全具有重要意义。

ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)项目位于法国Cadarache，由欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国和中国共同资助，旨在研究可控核聚变装置，是目前国际上最大的多边合作项目，对侵蚀诊断的要求是：偏滤器靶板表面垂直方向侵蚀率的测量范围在1-10μm(±30％)，时间分辨率2s，沿表面方向的空间分辨率为10mm；第一壁严重侵蚀区，要求点侵蚀垂直方向测量范围为0-3mm，时间分辨率为一个放电脉冲，沿面方向的空间分辨率为10mm，精确度为12μm。然而，针对托卡马克壁形貌诊断的研究并不是很多，一些基于石英微天平和激光测距技术的测量方法已被用于侵蚀和再沉积的测量，然而，微天平不能进行实时监测，激光测距技术不能满足对空间分辨率的要求。并且现有技术托卡马克壁的侵蚀与再沉积不能实时测量、无法工作于震动环境。

发明内容

本发明主要解决现有技术空间分辨率不足、不能实时测量、无法工作于震动环境等技术问题，提出一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置，以实现对托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的在线、无损、高精度、高灵敏度、三维及定量监测。数字散斑干涉术在无损、全场测量方面已发展相对成熟，并具有广泛的应用实例，在此，本发明将数字散斑干涉术应用于托卡马克环境，以解决空间分辨率不足及不能实时测量的问题。

本发明提供了一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置，包括：激光入射单元、干涉单元、相移单元、图像采集单元以及时序控制单元；

所述激光入射单元包括第一激光器、第二激光器、透反镜、第一孔阑、空间滤波器和凸透镜；所述第一激光器的出射光路上依次设置所述透反镜、所述第一孔阑、所述空间滤波器和凸透镜；所述第二激光器设置在透反镜远离第一激光器的一侧；所述第一激光器和第二激光器出射光的夹角为90度；

所述干涉单元包括依次设置的分束镜和反射镜；所述分束镜设置在所述凸透镜远离空间滤波器的一侧；所述分束镜的一侧面与测试样品相对，且分束镜的延长线与测试样品在水平方向具有45度夹角；

所述相移单元包括依次设置的压电陶瓷和压电陶瓷控制箱，所述压电陶瓷和反射镜贴覆在一起，所述压电陶瓷和压电陶瓷控制箱电连接；

所述图像采集单元包括工业相机，所述工业相机设置在分束镜远离测试样品的一侧；

所述时序控制单元包括数据采集控制箱，所述数据采集控制箱分别与第一激光器、第二激光器、压电陶瓷控制箱和工业相机电连接。

进一步的，所述空间滤波器包括依次设置的显微物镜和针孔。