[发明专利]一种用于中子散射测量的闭腔磁感应加热装置及其应用

说明书

一种用于中子散射测量的闭腔磁感应加热装置及其应用。该闭腔磁感应加热装置包括炉体机构、感应加热组件、样品杆组件以及中子射入口、中子射出口等结构；其中，所述炉体机构包括炉体外壳、保温套筒、保温层以及走水组件，所述感应加热组件包括变频器、电极、感应线圈、以及内部用于放置样品的高导电石墨。本申请所述闭腔磁感应加热装置通过密封真空环境进行隔热、保温套筒和保温层的保温隔热，以及走水组件的循环水流降温，可以实现对炉体外壳以及其它结构组件的隔热降温，在保温套筒内部进行辐射换热，避免热量散失，实现超高温加热。本申请所述闭腔磁感应加热装置最高加热温度可达2500℃以上，可广泛应用于高温加热中子散射测量领域。

技术领域

本发明涉及中子散射加热领域，具体涉及一种用于中子散射测量的闭腔磁感应加热装置及其应用。

背景技术

中子散射技术是一种独特的、从原子和分子尺度上研究物质结构和动态特性的表征手段，与X射线相比，中子散射主要具有以下优势：(1)中子的散射长度不规则变化，对轻元素更加敏感，更有利于鉴别邻近元素和同位素的分辨；(2)中子具有磁矩，是目前唯一可以探测磁性结构的工具；(3)中子的穿透力极强，可以对大型部件内部进行无损检测，还可以实现极端条件下的材料的原位实验。

高温条件下的样品环境对于金属材料和加工等领域有着非常广泛的应用，包括残余应力分布测量、金属相变分析、微观力学研究等，涉及的行业包括航空航天、轨道交通、核能开发等，为了更准确地研究材料性能，高温原位实验的样品环境是十分必要的。

现有的用于中子散射的高温炉主要是金属箔元件高温炉、镜面炉等。国际上采用感应加热的设备也仅仅是将样品置于两个加热线圈之内，完全裸露在空气中，装置并没有密封设计，能达到的最高温度只有1500℃左右，不适用于需要进行超高温加热的样品。

因此，现有技术还有待发展。

发明内容

本发明提供一种用于中子散射测量的闭腔磁感应加热装置及其应用，其加热温度最高可达2500℃以上。

根据第一方面，本申请提供一种用于中子散射测量的闭腔磁感应加热装置，包括：

炉体机构，所述炉体机构包括炉体外壳、保温套筒、保温层以及走水组件，所述炉体外壳内部形成密闭空间，所述保温套筒位于所述炉体外壳内部，所述保温层填充在所述保温套筒和所述炉体外壳内部之间，所述走水组件用于为所述炉体外壳进行降温；

感应加热组件，所述感应加热组件包括变频器、电极、感应线圈、以及内部用于放置样品的高导电石墨，所述高导电石墨位于所述保温套筒内部，所述感应线圈位于所述保温层中且沿所述保温套筒外部绕制而成；所述变频器产生交变电流并通过所述电极传导至所述感应线圈中，使所述感应线圈产生交变磁场，在交变磁场的作用下，所述高导电石墨内部产生涡流，并通过辐射换热作用实现对样品的加热；

样品杆组件，设置在所述炉体外壳上且可伸入至所述高导电石墨内部，所述样品杆组件用于将样品放入至所述高导电石墨内部；

所述炉体外壳上开设有供中子束流穿过的中子射入口及中子射出口，用于通过中子束流对加热后的样品进行中子散射测量。

一种实施例中，还包括：测温组件，所述测温组件设置在所述炉体外壳上，用于对炉体外壳内部温度进行测量；所述测温组件包括热电偶测温组件和/或红外测温组件；所述热电偶测温组件的工作温度在800℃以内，所述红外测温组件的工作温度在800℃以上。

一种实施例中，所述炉体机构还包括观测组件，所述观测组件用于观测位于所述样品夹持区上的样品；所述观测组件包括观测组件石英镜片、观测组件石英垫片、观测组件密封件和观测组件固定件，通过所述观测组件固定件将所述观测组件石英镜片、观测组件石英垫片固定在所述炉体外壳上，并通过所述观测组件密封件进行密封，以使炉体外壳内部形成密闭腔室。