[实用新型]检测托卡马克钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及核聚变与光学诊断领域，特别涉及一种检测托卡马克钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度的装置，本实用新型采用反射太赫兹时域谱技术，能够在线、快速、同步地检测托卡马克第一壁灰尘成分及厚度信息，且无接触无损伤，实用性强。

背景技术

太赫兹（Terahertz or THz）波通常指的是频率处在0.1THz~10THz之间的电磁波，介于微波和红外之间。太赫兹时域光谱系统是一种相干探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅立叶变换能直接得到样品的吸收系数和折射率等光学参数。太赫兹时域光谱技术探测灵敏度很高，已经广泛应用于材料性质的分析中。理论及实验研究表明，很多工业材料用太赫兹时域光谱技术探测，能有效的产生共振吸收峰，从而提供了特征指纹谱，并可以进行探测识别。同时，在某些环境下，太赫兹波具有独特的强透射能力和低辐射能量的特点，不会对材料造成伤害，而且具有高功率及高分辨率。在高密度、高温、磁化等离子体中，太赫兹波同样也表现出零吸收的特性，这就为利用太赫兹波来检测托卡马克内钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度提供了可能。

在核聚变托卡马克装置中，等离子体与壁材料相互作用将会产生灰尘。这些灰尘颗粒尺寸大概在亚微米量级。灰尘的成因非常复杂，涉及到多种等离子过程，同时灰尘颗粒打击或者沉积到第一壁上时有可能改变壁材料的热传导率及其他性质。灰尘问题已经成为聚变领域的一个热点问题。到目前为止，观察灰尘的主要方法是快速相机拍摄的方法，或者使用气凝胶采集器壁上灰尘样本颗粒的方法，从而得到灰尘颗粒的速度、尺寸等方面的信息，因此在实际工作条件中，有这样一种可以在线无损伤检测托卡马克装置灰尘沉积层厚度及成分的装置就显得十分重要。

托卡马克装置中灰尘成分主要有钨（W）、铍（Be）、钼（Mo）、碳（C）、硼（B）、氧（O）、硅（Si）、铬（Cr）、锰（Mn）等，理论模拟计算表明，这些成分沉积在钨第一壁上在太赫兹波段的吸收谱可以特征识别，不同成分与钨表面结合的太赫兹频域谱特征谱线出现的位置不同，同时同一成分随着沉积在钨上薄膜厚度的变化，虽然太赫兹波射入第一壁反射回的太赫兹频域谱的特征谱线位置不变，但是强度会发生相应的变化。根据这一特征，可以通过模拟实验结合分子动力学方法确定不同成分沉积在钨表面若干条特征谱线峰值位置，对于每一种成分，计算出相对强度比随薄膜厚度变化曲线，将以上模拟结果集成为计算机数据库，以此方法同时推测出托卡马克装置钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度，从而达到同步在线且无损伤检测。

发明内容

本实用新型的目的：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种检测托卡马克钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度的装置，利用反射太赫兹时域谱技术结合计算机数据库，能够在线、同步且无接触无损伤的检测托卡马克钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种检测托卡马克钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度的装置，包括：太赫兹波发射装置2、太赫兹波探测装置3、激光测距探头4、测温探头5、太赫兹时域-频域转换模块6、数据库模块7、结果输出模块8；

所述激光测距探头4、测温探头5与数据库模块7数据连接；所述太赫兹波发射装置2向托卡马克钨第一壁探测区域1射入太赫兹波，托卡马克钨第一壁探测区域1反射回的太赫兹波由太赫兹波探测装置3接收，太赫兹波探测装置3与太赫兹时域-频域转换模块6、数据库模块7、结果输出模块8依次数据连接。

所述太赫兹波探测装置3保存为太赫兹时域谱；

所述数据库模块7的功能有：①记录探测距离；②记录工作温度；③读取数据库中该探测距离以及该工作温度下不同成分灰尘沉积在钨表面的太赫兹特征谱线峰值位置，并与实验所得特征谱线位置比较，从而确定灰尘沉积层成分；④确定成分后，自动提取数据库中该成分灰尘的沉积层厚度-相对强度比函数关系，与实验中所得相对强度比相比较，确定沉积层厚度。

所述计算机系统9记录并保存输出结果。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用反射太赫兹时域谱技术结合计算机数据库，为快速、同步检测磁约束聚变托卡马克装置钨第一壁灰尘沉积层成分以及厚度提供了条件，在磁约束装置窗口外向托卡马克第一壁探测区域发射太赫兹波，并接收反射时域谱，将其转换成频域谱，最后与计算机数据库进行比对，确定灰尘成分和沉积层厚度，从而达到同步在线且无接触无损伤检测。从而达到在线、无接触、无损伤检测。

附图说明

图1为本实用新型检测托卡马克钨第一壁灰尘沉积层成分及厚度的装置结构图。

图2为本实用新型检测托卡马克钨第一壁上灰尘及厚度示意图。