專利名稱：用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核聚變領(lǐng)域，具體涉及一種核聚變中實(shí)驗(yàn)裝置中可拆卸分析樣品的裝夾方法。
背景技術(shù)：
面向等離子體材料(Plasma Facing Material, PFM)是聚變裝置中表面直接面對等離子體、與等離子體發(fā)生相互作用的材料，PFM表面直接面對著高溫等離子體，其服役條件極為嚴(yán)酷，容易發(fā)生各種等離子體與壁相互作用(Plasma Wall Interaction, PWI)的改性變化，影響使用壽命，其逸出的雜質(zhì)還可能危及等離子體的穩(wěn)定和聚變裝置的運(yùn)行安全， 這對PFM的性能以及等離子體的控制提出了極高的要求?？梢哉f，在實(shí)現(xiàn)聚變能最終實(shí)用的道路上，PFM研發(fā)是最關(guān)鍵的工程技術(shù)問題之一。PffI主要指PFM中放出的各種粒子進(jìn)入等離子體約束區(qū)后對等離子體約束特性造成的影響，以及PFM本身受等離子體中粒子長期作用后的損傷，包括物理濺射、化學(xué)濺射、 吸附、解吸、蒸發(fā)、背散射、再發(fā)射等復(fù)雜的物理化學(xué)過程。PWI問題被認(rèn)為是國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)項(xiàng)目以及未來聚變反應(yīng)堆建設(shè)的最關(guān)鍵物理問題之一。PFM和PWI的研究方法主要是將實(shí)驗(yàn)樣品置入核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)，進(jìn)行原位及事后分析。其中原位分析需要借助大量的實(shí)時(shí)診斷方式，包括光譜、探針、紅外相機(jī)等，數(shù)據(jù)方式具有一定的相對性。事后分析是在一段時(shí)間的等離子體輻照實(shí)驗(yàn)后，取出實(shí)驗(yàn)樣品，直接對樣品進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)較為直接、可靠。與事后分析相關(guān)的實(shí)驗(yàn)一般分為短周期實(shí)驗(yàn)與長周期實(shí)驗(yàn)。短周期實(shí)驗(yàn)一般通過核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的窗口，依賴送樣裝置將樣品送入等離子體邊界環(huán)境，其在裝置內(nèi)的位置受到極大的限制。長周期實(shí)驗(yàn)一般通過直接選取第一壁及偏濾器的瓦塊，在整輪等離子體輻照實(shí)驗(yàn)之后取出，再進(jìn)行分析，其選取位置不受限制，可以進(jìn)行較為全面的研究不同位置、不同等離子體條件下的PFM和PWI實(shí)驗(yàn)。所采用的事后分析方法通常有掃描電子顯微(Scanning Electron Microscopy, SEM) , X射線光電子能譜分析(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS),核反應(yīng)分析法(Nuclear Reaction Analysis, NRA)，二次離子質(zhì)譜(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)，熱脫附儀(Thermal Desorption Spectroscopy, TDS)，盧瑟福背散射譜法(Rutherford Back scattering Spectroscopy, RBS)等。由于長周期實(shí)驗(yàn)所依賴的是第一壁及偏濾器瓦塊本身進(jìn)行事后分析，其尺寸和形狀由所依賴的部件決定，以東方超環(huán)(Experimental Advanced Super Tokamak, EAST)為例，第一壁瓦尺寸通常為90mmX60mmX 20mm甚至更大，而事后分析所要求的樣品尺寸一般都較小，如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的SiriOn200場發(fā)射掃描電子顯微鏡要求的樣品高度不超過15mm，Evans Analytical Group (EAG)公司提供的CAMECA IMS-4F磁偏式SIMS要求的最大樣品尺寸為IOmmX 15mmX 3mm，所以在將所需樣品從核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)取出后，還需要進(jìn)一步加工樣品，才能使之符合事后分析的需要。由于等離子體輻照實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)氣體主要為氫的同位素，可能吸附在樣品表面或擴(kuò)散并滯留在樣品內(nèi)部，所以要求加工時(shí)不能有溫度升高，也不能使用含H的清洗液以防與樣品表面及內(nèi)部的H的同位素發(fā)生置換，而加工時(shí)產(chǎn)生的粉塵污染及溫度升高帶來的局部氧化，也會(huì)對樣品造成二次污染。 這就對樣品加工提出了極高的要求，現(xiàn)有的各種加工方法并不能完全滿足這些要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，能夠直接將符合事后分析要求尺寸及形狀的樣品置入核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后可以直接將樣品拆卸下進(jìn)行分析，能用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置中面向等離子體材料的測試及等離子體與壁材料相互作用實(shí)驗(yàn)研究。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明技術(shù)方案如下
用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，在第一壁零件上開一個(gè)槽作為樣品底座，所述的槽內(nèi)嵌裝有需要面向等離子體、在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的樣品材料，樣品材料的截面與樣品底座上的槽的截面相吻合， 裝夾時(shí)，從所述樣品底座上的槽的側(cè)面將樣品推入。所述的一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于所述的樣品材料，材質(zhì)可為石墨、CFC、鉬、鎢、鈹?shù)雀鞣N需要在托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的面向等離子體材料，樣品材料的上表面與第
一壁表面一致。所述的一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于所述樣品底座的槽為燕尾槽，所述槽的槽截面為等腰梯形，短邊為開口， 槽底燕尾處為圓角，所述的樣品材料與燕尾槽完全貼合。所述的一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于所述的樣品材料，其上表面、側(cè)面及樣品塊體內(nèi)均可為分析表面，其上表面、側(cè)面及樣品塊體可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兩媳砻婵梢詾樗奖砻?，改變?yōu)閮A斜平面、帶孔或槽或具有一定形狀的涂層的表面；樣品材料可以分為多塊，利用合適的組合拼接，使得塊體組合的整體與樣品底座配合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明避免實(shí)驗(yàn)后再次加工成分析樣品而帶來的二次污染，同時(shí)也因?yàn)闇p少了樣品加工過程，將實(shí)驗(yàn)-分析周期大大縮短，減少了樣品存儲(chǔ)過程中引入的污染。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，在第一壁零件上開一個(gè)槽作為樣品底座1，所述的槽內(nèi)嵌裝有需要面向等離子體、在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的樣品材料2，樣品材料2的截面與樣品底座1上的槽的截面相吻合，裝夾時(shí)，從所述樣品底座1上的槽的側(cè)面將樣品材料2推入。本發(fā)明包括具有燕尾槽的樣品基底1、可拆卸的分析樣品2，其中可拆卸的分析樣品與燕尾槽相配合?？刹鹦兜姆治鰳悠?可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行表面與水平面的角度、表面形貌及結(jié)構(gòu)、側(cè)面與槽側(cè)面的距離的調(diào)整，并可以拆分成小的組合樣品塊，只需使組合樣品整體可以與燕尾槽相配合即可。所述的樣品材料2，材質(zhì)可為石墨、CFC、鉬、鎢、鈹?shù)雀鞣N需要在托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的面向等離子體材料，樣品材料2的上表面與第一壁表
面一致。所述樣品底座1的槽為燕尾槽，所述槽的槽截面為等腰梯形，短邊為開口，槽底燕尾處為圓角，所述的樣品材料2與燕尾槽完全貼合。所述的樣品材料2，其上表面、側(cè)面及樣品塊體內(nèi)均可為分析表面，其上表面、側(cè)面及樣品塊體可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兩媳砻婵梢詾樗奖砻?，改變?yōu)閮A斜平面、 帶孔或槽或具有一定形狀的涂層的表面；樣品材料可2以分為多塊，利用合適的組合拼接， 使得塊體組合的整體與樣品底座1配合。具體安裝時(shí)，將單塊樣品或者樣品組合從燕尾槽側(cè)面推入，樣品或樣品組合的側(cè)面及底面與燕尾槽內(nèi)側(cè)相配合?？梢栽跇悠芳皹悠坊椎慕佑|面間插入石墨紙以增強(qiáng)固定并加強(qiáng)熱傳導(dǎo)。另外在燕尾槽的側(cè)面增開螺栓孔，從側(cè)面加壓塊增強(qiáng)固定。
權(quán)利要求
1.一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于在第一壁零件上開一個(gè)槽作為樣品底座，所述的槽內(nèi)嵌裝有需要面向等離子體、在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的樣品材料，樣品材料的截面與樣品底座上的槽的截面相吻合，裝夾時(shí)，從所述樣品底座上的槽的側(cè)面將樣品推入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于所述的樣品材料，材質(zhì)可為石墨、CFC、鉬、鎢、鈹?shù)雀鞣N需要在托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的面向等離子體材料，樣品材料的上表面與第一壁表面一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于所述樣品底座的槽為燕尾槽，所述槽的槽截面為等腰梯形，短邊為開口，槽底燕尾處為圓角，所述的樣品材料與燕尾槽完全貼合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于所述的樣品材料，其上表面、側(cè)面及樣品塊體內(nèi)均可為分析表面，其上表面、側(cè)面及樣品塊體可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兩媳砻婵梢詾樗奖砻?，改變?yōu)閮A斜平面、帶孔或槽或具有一定形狀的涂層的表面；樣品材料可以分為多塊， 利用合適的組合拼接，使得塊體組合的整體與樣品底座配合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的第一壁部件上可拆卸分析的嵌入式樣品裝夾方法，其特征在于在第一壁零件上開一個(gè)槽作為樣品底座，所述的槽內(nèi)嵌裝有需要面向等離子體、在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并需要事后分析的樣品材料，樣品材料的截面與樣品底座上的槽的截面相吻合，裝夾時(shí)，從所述樣品底座上的槽的側(cè)面將樣品推入。本發(fā)明能承受裝置內(nèi)的熱沖擊和熱震動(dòng)，可用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置中面向等離子體材料的測試及等離子體與壁材料相互作用實(shí)驗(yàn)。
文檔編號G01N1/36GK102564831SQ20111040152
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者丁芳, 吳婧, 徐倩, 羅廣南, 謝春意 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所