本發(fā)明涉及在核聚變托克馬克NBI技術領域中，能夠模擬核聚變反應過程中的輻照環(huán)境，如高溫、低能離子與聚變堆第一壁材料的相互作用的低能大流強輻照裝置。

背景技術：
國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃是當今世界最大的大科學工程國際科技合作計劃之一，也是迄今我國參加的規(guī)模最大的國際科技合作計劃，吸引了包括中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國等世界主要核國家和科技強國共同參與。我國于2007年經國務院批準設立了“中國國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃專項”(以下簡稱ITER計劃專項)。該計劃專項是具有明確國家目標、是針對國家熱核聚變的科學發(fā)展和科學技術的進步具有全局性和帶動性的研究發(fā)展計劃，旨在解決國家戰(zhàn)略能源需求中的重大科學和技術問題，以及對人類認識世界將會起到重要作用的聚變及相關科學前沿問題，提升我國熱核聚變研究自主創(chuàng)新能力，為國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展提供科學基礎，為未來高新技術的形成提供源頭創(chuàng)新。核技術的成敗取決于材料在反應堆強輻射場下的行為，因此，針對核聚變堆關鍵材料的輻照損傷機理的尤為重要。因此，本設計根據聚變堆對相關材料的抗輻照性能的要求，從抗輻照核材料的設計、結構與性能的調控的角度，開展材料輻照損傷機制的基礎研究，由于核聚變堆苛刻的工作環(huán)境以至于難以實現(xiàn)上述研究，本人自行設計低能大流強輻照裝置，其主要目的為了模擬核聚變堆反應過程中的輻照環(huán)境，實現(xiàn)上述基礎研究，同時研究在低能大流強的環(huán)境下材料本身的性能及結構變化。迄今為止低能大流強材料輻照裝置的設計尚未見報道.

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種能夠模擬核聚變堆托克馬克運行的工作環(huán)境，并實現(xiàn)低能大流強材料輻照的研究。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種低能大流強材料輻照裝置，包括送氣系統(tǒng)、氣壓監(jiān)測裝置2、等離子體產生系統(tǒng)、樣品臺13、激光加熱系統(tǒng)6、測溫系統(tǒng)9、真空抽氣系統(tǒng)5、水冷循環(huán)系統(tǒng)4和供電系統(tǒng)；所述的送氣系統(tǒng)是由氣源1和數字DIP控制系統(tǒng)3組成；所述的等離子體產生系統(tǒng)包括法拉第水冷屏14、高純石英桶12、RF外置天線11、聚四氟保護殼10、柵極抑制磁鐵15和離子引出系統(tǒng)；高純石英桶12為圓形空筒置于水平向，桶內沿桶壁設置有法拉第水冷屏14；RF外置天線11環(huán)繞在高純石英桶12的外壁，聚四氟保護殼10環(huán)繞在高純石英桶12置于RF外置天線11外側；柵極抑制磁鐵15置于高純石英桶12的左側；高純石英桶12的右側連接離子引出系統(tǒng)；所述的柵極抑制磁鐵15是由背柵極法蘭、永久磁鐵和法蘭蓋組成，背柵極法蘭為圓盤形，徑向沿圓周有十道凹槽，其中五道鑲嵌永久磁鐵，另外五道為冷卻水道，永久磁鐵和冷卻水道沿徑向由內到外間隔設置，背柵極法蘭中心部設有進氣孔和氣壓檢測孔，法蘭蓋封蓋在背柵極法蘭上；冷卻水道與所述的水冷循環(huán)系統(tǒng)4連接形成循環(huán)系統(tǒng)；所述送氣系統(tǒng)的氣源1與進氣孔連接；所述的氣壓監(jiān)測裝置2與氣壓檢測孔連接；所述的RF外置天線11為空心無氧銅管盤旋制作，與所述的水冷循環(huán)系統(tǒng)4連接形成循環(huán)系統(tǒng)；所述的離子引出系統(tǒng)為鉬圓板制成，其上陣列式布滿圓孔，所述的離子引出系統(tǒng)外接負偏壓電源；所述的真空抽氣系統(tǒng)5與所述的離子引出系統(tǒng)連接；所述的樣品臺13安裝在真空抽氣系統(tǒng)5內，且穿過離子引出系統(tǒng)的中心孔由高純石英桶12的右側伸入高純石英桶12內；所述的激光加熱系統(tǒng)6用于加熱所述的樣品臺13上的樣品，所述的測溫系統(tǒng)用于實時監(jiān)測樣品臺的溫度；所述的氣源1由所述的數字DIP控制系統(tǒng)3控制通過所述的柵極抑制磁鐵14進入高純石英桶12內；所述的氣壓監(jiān)測裝置2安裝在柵極抑制磁鐵14用于監(jiān)測所述的等離子體產生系統(tǒng)的壓力；所述的供電系統(tǒng)包括射頻電源7和負偏壓電源8。由于采用上述技術方案，本發(fā)明提供的一種低能大流強材料輻照裝置具有這樣的有益效果：利用低能大流強材料輻照裝置對材料表面進行處理，可以有效地模擬核聚變堆的輻照環(huán)境進而研究輻照后材料的的特性、結構以及功能的變化，以W材料為例，本次利用該輻照裝置輻照W表面，使W的表面結構發(fā)生改變，通過原子力顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)W樣品表面經本裝置產生的高密度低能等離子體輻照后，樣品缺陷增強，表面有泡狀結構產生等，這有效的證實了本發(fā)明應用的實用性與創(chuàng)新新，同時用SEM掃描電鏡、AFM原子力顯微鏡等對處理后的材料表面效果進行表征。附圖說明圖1是低能大流強輻照裝置結構示意圖；圖2是離子引出系統(tǒng)和樣品臺裝配示意圖；圖3是離子引出系統(tǒng)和樣品臺裝配平面示意圖；圖4是負偏壓加載示意圖圖5是偏壓加載示意圖；圖6是冷卻水管示意圖；圖7是背柵極法蘭結構示意圖；圖8是背柵極法蘭俯視圖。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明進一步描述。一種低能大流強材料輻照裝置，用于實現(xiàn)高密度等離子體的產生，如圖1所示，它包括進氣系統(tǒng)、氣壓監(jiān)測裝置2、等離子體產生系統(tǒng)、樣品臺13、激光加熱系統(tǒng)6、測溫系統(tǒng)9、真空抽氣系統(tǒng)5、水冷循環(huán)系統(tǒng)4和供電系統(tǒng)；所述的進氣系統(tǒng)是由氣源1和數字DIP控制系統(tǒng)3組成；所述的等離子體產生系統(tǒng)包括法拉第水冷屏14、高純石英桶12、RF外置天線11、聚四氟保護殼10、柵極抑制磁鐵15和離子引出系統(tǒng)組成；法拉第水冷屏14采用全金屬鉬或者鎢等低濺射率高導熱系數的金屬材料做成；高純石英桶12采用純度達到99.9％的高純石英或者99.9％的氧化鋁陶瓷材質制作；如圖2和圖3所示，離子引出系統(tǒng)系由鉬圓板或者鎢圓板加工而成，其上陣列式布滿內徑為10mm的圓孔，且該引出系統(tǒng)外接負偏壓電源；離子引出系統(tǒng)產生高密度等離子體截面半徑為r＝50mm，其中放電管外徑為100mm，內徑90mm，長20cm；如圖1所示，高純石英桶12置于水平位置，桶內沿桶壁設置有法拉第水冷屏14，RF外置天線11環(huán)繞在高純石英桶12的外壁，聚四氟保護殼10環(huán)繞在高純石英桶12置于RF外置天線11外側；柵極抑制磁鐵15置于高純石英桶12的左側，用于抑制產生的高密度等離子體中的電子；高純石英桶12的右側連接離子引出系統(tǒng)；如圖6所示，所述的RF外置天線11為八匝直徑為5mm的空心無氧銅管盤旋制作而成，所述的水冷循環(huán)系統(tǒng)4連接形成循環(huán)系統(tǒng)；RF天線均用聚四氟包裹，起到保護于絕緣作用，RF天線內通冷卻水，用于形成水冷循環(huán)降低溫度，外接10kW射頻電源；如圖7和圖8所示，所述的柵極抑制磁鐵15是由背柵極法蘭和永久磁鐵組成，背柵極法蘭為圓盤形，其材質為不銹鋼材質，徑向沿圓周有十道凹槽，其中五道鑲嵌永久磁鐵，永久磁鐵為釤鈷材質的抑制磁鐵，另外五道為冷卻水道，永久磁鐵和冷卻水道沿徑向由內到外間隔設置，背柵極法蘭中心部設有進氣孔和氣壓檢測孔，法蘭蓋封蓋在背柵極法蘭上；冷卻水道與所述的水冷循環(huán)系統(tǒng)4連接形成循環(huán)系統(tǒng)；所述送氣系統(tǒng)的氣源1與進氣孔連接；所述的氣壓監(jiān)測裝置2與氣壓檢測孔連接；如圖1所示，所述的真空抽氣系統(tǒng)5與所述的離子引出系統(tǒng)連接；真空抽氣系統(tǒng)5主要是把所述的等離子體產生系統(tǒng)抽成真空；如圖2和圖3所示，所述的樣品臺13安裝在離子引出系統(tǒng)上，且由伸入高純石英桶12的右側高純石英桶12內；所述的激光加熱系統(tǒng)6用于加熱所述的樣品臺13上的樣品，激光加熱系統(tǒng)主要由激光器直接作用于樣品表面；所述的測溫系統(tǒng)采用紅外探測器用于實時監(jiān)測樣品臺表面溫度；激光加熱主要模擬核聚變對高溫環(huán)境；如圖1所示，所述的氣源1由所述的數字DIP控制系統(tǒng)3控制通過所述的柵極抑制磁鐵14進入高純石英桶12內；進氣系統(tǒng)置于背柵極上；當接通10kW射頻電源時，即可在石英桶內產生高密度等離子體，若此時再打開負偏壓電源，即可將產生的高密度等離子體引向樣品臺，低能高密度等離子體則會輻照樣品；所述的氣壓監(jiān)測裝置2采用真空計安裝在背柵極上用于監(jiān)測所述的等離子體產生系統(tǒng)的壓力；所述的供電系統(tǒng)包括射頻電源7和負偏壓電源8。水冷循環(huán)系統(tǒng)4主要是將背柵極、RF天線、法拉第屏進行水冷；這種設計模擬了核聚變堆惡劣的輻照環(huán)境，實現(xiàn)了低能大流強材料輻照的設計研究等。對于整個系統(tǒng)的安裝定位連接，裝置使用高精度加工技術，以及有效的利用各個部件上的可拆卸螺釘或者螺母對各個部件之間進行精準的可靠的定位和對接。本發(fā)明的工作原理為，如圖1——圖5所示，首先打開抽氣系統(tǒng)(5)，打開水冷循環(huán)系統(tǒng)(4)，待氣壓達到一定，打開送氣系統(tǒng)(1)、(3)，通入氫氣，待氣壓監(jiān)測系統(tǒng)(2)恒定，打開供電系統(tǒng)(7)，(8)，同時打開激光加熱系統(tǒng)(6)、(9)，經過以上幾步之后，將在等離子體產生系統(tǒng)中產生低溫高密度等離子體，通過引出加速系統(tǒng)，使得產生的等離子體具有一定的能量和方向，最終達到輻照樣品臺(13)的樣品；其中(6)是通過激光對輻照樣品進行加熱，使其溫度達到實驗條件要求；(9)是一套紅外測溫系統(tǒng)，可以實時的檢測樣品表面的溫度，用來檢測和控制激光加熱系統(tǒng)的功率；低能大流強輻照裝置結構實物圖及等離子體產生系統(tǒng)實物圖如附圖。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，根據發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。