[发明专利]低能大流强材料辐照装置

说明书

技术领域

本发明涉及在核聚变托克马克NBI技术领域中，能够模拟核聚变反应过程中的辐照环境，如高温、低能离子与聚变堆第一壁材料的相互作用的低能大流强辐照装置。

背景技术

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一，也是迄今我国参加的规模最大的国际科技合作计划，吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等世界主要核国家和科技强国共同参与。我国于2007年经国务院批准设立了“中国国际热核聚变实验堆(ITER)计划专项”(以下简称ITER计划专项)。该计划专项是具有明确国家目标、是针对国家热核聚变的科学发展和科学技术的进步具有全局性和带动性的研究发展计划，旨在解决国家战略能源需求中的重大科学和技术问题，以及对人类认识世界将会起到重要作用的聚变及相关科学前沿问题，提升我国热核聚变研究自主创新能力，为国民经济和社会可持续发展提供科学基础，为未来高新技术的形成提供源头创新。

核技术的成败取决于材料在反应堆强辐射场下的行为，因此，针对核聚变堆关键材料的辐照损伤机理的尤为重要。因此，本设计根据聚变堆对相关材料的抗辐照性能的要求，从抗辐照核材料的设计、结构与性能的调控的角度，开展材料辐照损伤机制的基础研究，由于核聚变堆苛刻的工作环境以至于难以实现上述研究，本人自行设计低能大流强辐照装置，其主要目的为了模拟核聚变堆反应过程中的辐照环境，实现上述基础研究，同时研究在低能大流强的环境下材料本身的性能及结构变化。迄今为止低能大流强材料辐照装置的设计尚未见报道.

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟核聚变堆托克马克运行的工作环境，并实现低能大流强材料辐照的研究。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种低能大流强材料辐照装置，包括送气系统、气压监测装置2、等离子体产生系统、样品台13、激光加热系统6、测温系统9、真空抽气系统5、水冷循环系统4和供电系统；

所述的送气系统是由气源1和数字DIP控制系统3组成；

所述的等离子体产生系统包括法拉第水冷屏14、高纯石英桶12、RF外置天线11、聚四氟保护壳10、栅极抑制磁铁15和离子引出系统；高纯石英桶12为圆形空筒置于水平向，桶内沿桶壁设置有法拉第水冷屏14；RF外置天线11环绕在高纯石英桶12的外壁，聚四氟保护壳10环绕在高纯石英桶12置于RF外置天线11外侧；栅极抑制磁铁15置于高纯石英桶12的左侧；高纯石英桶12的右侧连接离子引出系统；

所述的栅极抑制磁铁15是由背栅极法兰、永久磁铁和法兰盖组成，背栅极法兰为圆盘形，径向沿圆周有十道凹槽，其中五道镶嵌永久磁铁，另外五道为冷却水道，永久磁铁和冷却水道沿径向由内到外间隔设置，背栅极法兰中心部设有进气孔和气压检测孔，法兰盖封盖在背栅极法兰上；冷却水道与所述的水冷循环系统4连接形成循环系统；所述送气系统的气源1与进气孔连接；所述的气压监测装置2与气压检测孔连接；

所述的RF外置天线11为空心无氧铜管盘旋制作，与所述的水冷循环系统4连接形成循环系统；

所述的离子引出系统为钼圆板制成，其上阵列式布满圆孔，所述的离子引出系统外接负偏压电源；

所述的真空抽气系统5与所述的离子引出系统连接；

所述的样品台13安装在真空抽气系统5内，且穿过离子引出系统的中心孔由高纯石英桶12的右侧伸入高纯石英桶12内；所述的激光加热系统6用于加热所述的样品台13上的样品，所述的测温系统用于实时监测样品台的温度；

所述的气源1由所述的数字DIP控制系统3控制通过所述的栅极抑制磁铁14进入高纯石英桶12内；

所述的气压监测装置2安装在栅极抑制磁铁14用于监测所述的等离子体产生系统的压力；

所述的供电系统包括射频电源7和负偏压电源8。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种低能大流强材料辐照装置具有这样的有益效果：

利用低能大流强材料辐照装置对材料表面进行处理，可以有效地模拟核聚变堆的辐照环境进而研究辐照后材料的的特性、结构以及功能的变化，以W材料为例，本次利用该辐照装置辐照W表面，使W的表面结构发生改变，通过原子力显微镜分析发现W样品表面经本装置产生的高密度低能等离子体辐照后，样品缺陷增强，表面有泡状结构产生等，这有效的证实了本发明应用的实用性与创新新，同时用SEM扫描电镜、AFM原子力显微镜等对处理后的材料表面效果进行表征。

附图说明

图1是低能大流强辐照装置结构示意图；