[发明专利]温度可控的高温辐照靶室

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度可控的高温辐照靶室，特别是一种温度可控的多束同时辐照的高温靶室，该高温靶室主要应用于高温条件下的重离子束、氢离子束、氦离子束同时辐照材料的实验。

背景技术

在反应堆中，堆内结构材料最主要的失效形式是辐照损伤，以及由此引发的结构材料的综合性能的下降。辐照损伤会影响堆内结构材料的使用寿命，并引发反应堆的安全问题，因此它是反应堆结构材料研发中必须考虑和研究的问题。

堆内结构材料主要经受高剂量的载能中子和嬗变带电粒子等的辐照。嬗变带电粒子是反应堆的嬗变反应的产物，主要是氢和氦。因此，材料不仅受到很高剂量的中子辐照，而且还伴随受到氢、氦的协同作用。中子和重离子都是通过碰撞而产生材料的原子的位移，因此，可以使用重离子辐照来模拟中子辐照。通常采用重离子、氢、氦三束同时辐照试验来研究堆内结构材料的辐照损伤。

但是，现有的三束辐照装置的温度普遍不高。目前用于重离子辐照的靶室温度一般只能达到六七百度，此类靶室通常用于二代反应堆结构材料的辐照损伤研究。更新一代的核能系统的结构材料一般在更高的温度和辐照剂量下工作，现有辐照靶室由于不能达到新一代核能系统的结构材料的辐照温度而不能支持新一代核能系统的结构材料辐照损伤研究。因此需要研发一种新型的高温辐照靶室。

另一方面，目前的辐照靶室在温度控制方面和束流测量方面不能很好兼顾。通常采取两种加热方式在辐照靶室内对材料进行加热，即辐射加热和接触加热。采用辐射加热方式加热辐照样品时，加热 电路不和样品直接接触，不容易对束流测量造成影响，但是样品升温降温速度慢，无法对束流强度变化导致的在辐照样品的辐照区域的温度变化快速地做出相应的调节。另一种对样品接触加热可以快速控制样品温度，但是由于样品和加热电路之间没有绝缘而无法直接测量辐照样品上的束流。因此需要研发一种能够兼顾温度控制和束流测量两个方面的高温辐照靶室。

另一方面，由于加速器的束流不稳定，在辐照实验过程中，加速器束流可能会发生束斑大小变化和位置漂移。目前的辐照靶室的温度测量装置通常采用的点测温的红外测温仪，它只能测量辐照样品的中心温度，无法监测辐照样品的温度分布以及束斑位置漂移。因此需要在高温靶室中设置相应的监测装置，以便能够同时测量辐照样品上的多个位置处的温度，从而实时监测束斑的大小以及位置的漂移。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度可控的高温辐照靶室，其综合了辐射加热方法和接触加热方法的优点，可以将辐照样品加热至高温(最高达到1500℃)而不影响束流测量，同时可以对辐照样品的温度快速调节，减小束流波动对辐照温度的影响。本发明所述的温度测量系统还可以测量辐照样品辐照区域的温度分布，同时可以实时监测辐照束流情况。

本发明的一个方面提供了一种温度可控的高温辐照靶室，包括：真空腔室，所述真空腔室的腔室壁上设置有至少一个真空束流管道接口，以使离子束穿过真空束流管道接口照射至真空腔室的辐照样品中；辐照支撑台，所述辐照支撑台安装在所述真空腔室中；加热装置，所述加热装置安装在所述辐照支撑台上，所述加热装置承载辐照样品，并与辐照样品电绝缘地接触，从而以接触加热的方式将辐照样品加热至规定的温度；温度测量装置，所述温度测量装置用于测量辐照样品的温度；以及束流测量系统，所述束流测量系统用于测量靶室中央的辐照样品上的束流强度。

根据一种实施方式，所述加热装置包括绝缘加热片，所述加热装置通过绝缘加热片与辐照样品接触，从而进行接触加热。

根据一种实施方式，所述加热片为氮化硼-石墨加热片。

根据一种实施方式，所述加热装置的外侧设置有至少一个热辐射屏蔽层，使得辐照样品与周围热隔绝。

根据一种实施方式，所述真空腔室包括圆筒形的筒体，在所述筒体上还设有信号及电源输入输出接口、抽气接口。

根据一种实施方式，所述加热装置的数量是多个，并且都设置在辐照支撑台上。

根据一种实施方式，所述辐射支撑台被构造成转动和平移，以将被承载的加热装置以及辐照样品中的一个旋转和推入/退出靶室中央；

根据一种实施方式，所述至少一个真空束流管道接口分别与多个真空束流管道相连，所述多个真空束流管道设置成使得所述多个真空束流管道的轴线能够会聚于真空腔室中央处，从而能够照射辐照样品。

根据一种实施方式，所述真空束流管道接口的数量为三个，分别与三个真空束流管道相连，所述三个真空束流管道中分别载有重离子束、氢离子束和氦离子束。