[发明专利]一种适用于深空探测的激光样品室

说明书

一种适用于深空探测的激光样品室，该激光样品室包括样品室底座和样品室顶盖，其中：样品室底座为底端密封且顶端开口的空心圆柱，空心圆柱的内部空腔用于放置样品盘；样品室顶盖主体为顶端密封且底端开口的空心圆柱。本发明利用位于样品室顶盖底端的螺口与位于样品室空腔底座内表面的螺纹实现样品室顶盖与样品室底座的螺接初级密封，简化了操作流程，降低了安装难度；钎焊于样品室顶盖底面的无氧铜垫圈与样品室底座顶面的法兰刀口外侧采用接触挤压密封方式，实现了铜垫圈的多次使用及样品室的高真空度；同时样品室主体及连接法兰采用钛制成，密度小，比强度高，在冷热交替的环境下有良好的适应性，满足了深空探测表面环境和装置轻量化的要求。

技术领域

本发明涉及分析仪器领域，尤其涉及一种适用于深空探测的激光样品室。

背景技术

理解太阳系及宇宙的形成演化、生命起源与进化等重大科学问题可以提升人类预测地球未来演变、开发利用空间资源的能力，推动人类社会的可持续发展。进行行星和月球表面物质的分析和测试是研究其形成演化的第一步。

返回式取样是进行地外样品分析的常用方法，可以充分利用地球实验室获得更为精准的年龄，但激增的成本、更为复杂的封装技术和样品泄漏或污染的风险严重制约了返回式深空探测的可持续应用。因此，开展原地采样测试是一次意义重大且具有挑战性的探索和尝试。2012年登陆火星的美国“好奇号”首次在原地使用热解炉加热火星地表岩石样品获得了年龄。该方法虽然提高了获取数据的成功率，但对于数据的可靠性而言存在以下问题：第一，单次测定所需样量大，热解炉大样量加热易出现样品混合和不均匀性问题，但区分不同的测试物质是获得意义明确的数据必须要考虑的问题；第二，热解炉的加热温度有限，最高温度为890℃，远低于萃取组成地外天体主要部分的硅酸盐类矿物中的气体所需的1000至1200℃高温，导致气体萃取不完全，数据意义难以解释。紫外激光对样品的冲蚀温度高达至3700℃，有效地解决热解炉温度限制的问题。快速聚焦的激光束可以进行微量样品分析，能最大程度地保证样品的均一性，提高测试结果的准确性。

常规的激光样品室为不锈钢材质，包括圆柱状的空心底座、带观察窗的圆柱状顶盖，两者利用不锈钢法兰连接，法兰上有孔眼，以螺栓紧连，多个螺栓之间需使用均等的扭力实现法兰间不锈钢刀口与无氧铜垫圈的嵌入式密封，如果扭力不均匀极易导致漏气。为了保证样品室及测试系统的超高真空，一个无氧铜垫圈的使用次数不超过2次，需频繁更换。而深空探测温压环境的改变、原地分析测试流程操作难度的增加以及对载荷重量的限制等因素决定了常规的实验流程、技术方法、仪器设备等的难以应用。同时，样品室在行星和月球表面的可多次循环利用也是获取更多数据的关键。因此，发明设计一款适合深空环境的、轻便化的、配件可多次重复使用的激光样品室是开展深空探测非常重要的一环。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种适用于深空探测温压环境的激光样品室，同时解决常规激光样品室密封流程操作复杂、无氧铜垫圈不可多次重复使用的问题。

(二)技术方案

一种适用于深空探测的激光样品室，包括样品室底座6和样品室顶盖1，其中：

样品室底座6为底端密封且顶端开口的一空心圆柱，空心圆柱的内部空腔7用于放置样品盘，空心圆柱的内表面有螺纹8；

样品室顶盖1主体为顶端密封且底端开口的空心圆柱，由多个部分组成，包括位于中间的空心圆环3、位于空心圆环顶端开口处的圆形观察窗2和位于空心圆环底端开口处并向外突出的螺口4，圆形观察窗2、空心圆环3和螺口4紧密相连且中心轴重合，所述样品室顶盖1的底端嵌套入所述样品室底座6空腔，为所述样品盘提供一定的密封环境。

上述方案中，所述的组成样品室顶盖1的螺口4为空心圆柱状，外表面带螺纹，内表面光滑。

上述方案中，所述空心圆环3的空心形状为圆形，空心圆环3的内直径、圆形观察窗2的直径和螺口4空心圆柱的内直径三者相同。