[发明专利]一种面壁材料3D微区燃料滞留无损定量分析方法

说明书

本发明公开了一种面壁材料3D微区燃料滞留无损定量分析方法。首先，四维可移动样品加热模块对被测样品进行加热，温度在300K到1300K可控；其次，计算机通过FPGA时序控制解吸附激光器发出解吸附激光，依次经过激光扩束仪、激光能量调控系统、石英片、斩波器、激光高反射镜、抛物面反射镜照射在被测样品上；ICCD相机采集微区激光解吸附的XY分辨率；解吸附气体被铱灯丝发射出的70eV高能电子电离再经由四级质谱仪采集质谱信息，送入计算机；最后，计算机提取需定量的质谱峰的强度及展宽信息，并与计算机中使用权威计量机构标定的通导型玻璃漏孔分压方法得到的定量校准曲线对比分析，通过数据处理，得到微区燃料滞留的定量分析结果。

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种面壁材料3D微区燃料滞留无损定量分析方法。

背景技术

在聚变装置托卡马克运行过程中，由于磁场对粒子约束的不完全性，如中性粒子、顺着磁力线输运的粒子、带电粒子之间的电荷交换、等离子体破裂等会发生等离子体与器壁相互作用(Plasma-Wall-Interaction,PWI)。PWI是一个多学科交叉、多物理和化学过程耦合以及多尺度变化的复杂问题，可以说托卡马克磁约束核聚变能否或者何时能够最终实现，很大程度上依赖于PWI过程的研究与控制。PWI过程中一个关键问题是：面壁材料(Plasma Facing Materials,PFMs)在聚变等离子体辐照下，将发生背散射、解吸、物理溅射、化学腐蚀、结构损伤、杂质沉积、燃料滞留等复杂现象。这些将使PFMs表面元素成分发生改变，影响燃料再循环控制，从而影响等离子体约束性能，导致各种等离子体不稳定性，降低聚变等离子体品质，甚至导致等离子体破裂。在托卡马克核聚变装置中实现长脉冲、高约束、稳定的放电，关键问题之一是要弄清楚等聚变离子体(主要是氘、氚及氦)与PFMs相互作用的机理，其中重要的一点就是聚变等离子体燃料滞留机制。尤其是理解偏滤器瓦片之间的间隙内的杂质沉积和燃料滞留极为重要，这是由于对瓦片之间的间隙的清理以及探测相比于其他部位PFMs更为困难。偏滤器部位燃料滞留对装置的安全稳态运行起重要作用，目前正在建的最大托卡马克装置国际热核聚变实验堆(International ThermonuclearExperimental Reactor,ITER)真空室内氚的安全量是700g。未来超导托卡马克装置的稳态安全运行对燃料在托卡马克PFMs壁中的滞留要求会十分严格，对燃料滞留机制的深入理解是当前国际聚变界的研究热点和难点之一。目前对偏滤器PFMs燃料滞留的分析方法主要集中在离线分析，即在聚变装置一轮放电结束后，打开真空腔室，取出PFMs材料，然后使用各种电子束、离子束等手段对其进行分析。

目前主要的离线分析手段包括核反应分析法(Nuclear Reaction Analysis，NRA)、二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS)、氚成像技术(TritiumImage Photo Technology，TIPT)、俄歇电子能谱(Auger Electron Spectroscopy，AES)、X光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)、X射线衍射仪(X-RayDiffraction，XRD)、扫描电子显微镜-能量分散光谱(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersed Spectroscopy，SEM-EDS)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)、共聚焦显微镜(Confocal Microscopy，CM)、聚焦离子束-扫描电子显微镜(FocusIons Beam-Scanning Electron Microscope，FIB-SEM)、激光诱导击穿光谱(LaserInduced Breakdown Spectroscopy，LIBS)、辉光放电发射光谱(Glow Discharge-OpticalEmission Spectroscopy，GD-OES)、热脱附质谱(Thermal Desorption Spectroscopy，TDS)等获取氢同位素滞留的相关信息。