[发明专利]一种体材含氢同位素样品制备装置

说明书

本发明公开了一种体材含氢同位素样品制备装置，包括气体准备区、反应区、真空控制区和主管；气体准备区包括可控制开闭的气源和纯化器；气源和纯化器的进气口连通；反应区包括过滤器和体材反应单元，过滤器的出气口和体材反应单元的进气口连通；真空控制区包括可控制开闭的抽取泵组和废气处理器，抽取泵组的排气口和废气处理器的进气口连通；纯化器的出气口、过滤器的进气口和抽取泵组的进气口均并联接入主管；气体准备区和反应区均安装有气压计；真空控制区安装有真空计；纯化器将氢同位素的纯度提高，从而提升制备体材样品的质量；过滤器的安装也防止了，充氢过程中样品所产生的粉末损坏抽取泵组。

技术领域

本发明涉及氢同位素样品制备领域，特别涉及一种体材含氢同位素样品制备装置。

背景技术

随着科技的发展，能源问题对人类社会的发展至关重要；在当前“碳达峰”以及“碳中和”的大背景下，聚变能、风能、氢能等新型清洁能源备受关注；

1、聚变研究领域，氘、氚作为氢的同位素，是聚变能的主要燃料，氢同位素在结构材料中的扩散是影响其结构安全的重要因素；

2、风能领域，氢元素在风能发电装置关键部件中的渗透，同样是影响其结构安全性的关键问题；

3、氢能领域更是直接与材料中氢行为密切相关，其中：

氢及其同位素作为自然界最小的原子，其尺寸小于材料的晶格间隙尺寸，因此氢原子可以从材料表面向内部扩散，进入晶格间隙形成固溶体或化合物；而氢及同位素的引入会产生氢脆效应，这是引起结构材料脆化失效的关键因素；

材料的吸氢过程表现为氢原子从材料表面开始缓慢向内部扩散渗透，存在于内部的氢原子继续向更深层次扩散；当晶格间隙氢原子填充饱和后，过量氢原子可能与材料元素形成氢化物，这时材料内部氢含量达到很高的比例；为了达到这一效果，一般需要合适的充氢饱和温度，并且吸氢反应过程中气体需要达到一定气压，一般初始气压需超过材料吸氢的平衡压；

另外，由于气体与粉末状固体材料接触面积大，目前氢同位素气体充入粉末的过程比较容易实现，同时对粉末等颗粒型材料的定量充氢有相关的技术手段和计算方法。

对于含氢同位素材料及氢脆效应研究领域的项目和人员来说，需要模拟有关真实现场的材料特性，而复杂现场一般无法原位测量，需要通过制备相同氢同位素含量的材料来模拟；而大部分实际现场的材料为体材，其表面具有完整的晶相结构；目前针对于固体材料的充氢装置、方法和控制过程，大多数采用的是粉末状材料，还没有针对完整体材材料进行控制吸氢计量的装置和方法，对这方面材料及其性能研究造成了巨大的障碍。

现有的技术，主要针对的是传统粉末样品的吸氢计量和吸氢温度控制的装置和方法，其对于体材样品不适用，也不适用于其他氢同位素样品的制备，具有单一性；总的来说，对于体材含氢同位素样品，现有技术，无论是充氢装置、充氢过程和控制方法均不适用；

另外，针对体材材料控制吸氢计量，其制约因素有：

1.装置密封效果差，缺乏足够高的真空度；

2.装置内部残留气体未能全部排出导致材料污染氧化；

3.生成氧化膜等表面层会阻止气体与材料发生反应，无法对气体进行定量充入等。

为此急需一种能够解决现有技术无法针对体材材料制备体材含氢同位素样品的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体材含氢同位素样品制备装置，以解决现有充氢装置无法制备体材含氢同位素样品的问题。