[发明专利]一种激光诱导击穿光谱绝对定量分析方法

说明书

本发明属于等离子体技术，具体涉及一种激光诱导击穿光谱绝对定量分析方法，包括样品制备、实验测量和绝对定标三部分，不需要任何标准样品，可对未知非气体样品进行定量分析；并且该定量分析方法基体材料与表面形貌与PFCs保持一致，避免了由基体效应与样品表面形貌不同引起的定量分析误差；此外该方法不仅可以定量出样品中各元素的成分比例还可绝对定量出各元素的绝对原子个数，为LIBS诊断托卡马克PFCs表面元素成分提供了准确科学的依据。

技术领域

本发明属于等离子体技术，具体涉及一种激光诱导击穿光谱绝对定量分析方法。

背景技术

利用受控热核聚变产生的能量被认为是解决人类能源问题的根本途径之一，托卡马克磁约束核聚变装置是当前公认最有希望实现受控热核聚变的装置，开展托卡马克聚变实验研究是探索和解决受控热核聚变堆工程及物理问题的最有效的手段。在磁约束托卡马克装置运行中，等离子体面壁部件(Plasma Facing Components,PFCs)会受到来自芯部等离子体的稳态/瞬态热流与粒子流的轰击，不可避免地发生等离子体与壁相互作用(PlasmaWall Interaction，PWI)。一方面，PWI过程中会发生一系列物理与化学反应，导致燃料滞留、器壁侵蚀、杂质生成等诸多问题，从而直接影响器壁的寿命并引发安全问题。另一方面，PWI过程产生的杂质或尘埃等通过辐射能量降低等离子体加热效率同时也稀释燃料粒子数密度，使等离子体约束品质变坏，对等离子体的高参数长脉冲(稳态)运行产生负面影响。可以说，PWI过程制约了托卡马克装置PFCs的使用寿命，关乎稳态、长脉冲等离子体约束以及装置运行安全等关键问题，是现阶段磁约束热核聚变领域的重要研究课题。而理清PWI物理过程，并发展行之有效的控制方法则是托卡马克磁约束核聚变获得成功的关键因素。

激光诱导击穿光谱(Laser Induced-Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术是一种纯光谱学方法，与光学元部件结合，可实现对未知样品原位、在线、无接触式、主动式实时测量的优点，已经被广泛用于多个领域。LIBS技术被公认为是一种最有价值的可在托卡马克装置运行过程中开展的壁诊断手段。LIBS技术的实现不依赖于托卡马克主等离子体的存在与否，不仅可以工作在托卡马克放电中(炮中)，而且可以工作在托卡马克装置放电间隙(炮间)，能够灵活地对托卡马克PFCs进行诊断，并研究托卡马克不同部位的PWI过程，为深入理解托卡马克PWI物理机制提供有效技术手段。当前，中核集团核工业西南物理研究所已成功在中国环流器二号M聚变装置(HL-2M)上建立了原位、在线LIBS面壁部件杂质成像系统。而提高这一系统的定量分析能力是下一步要克服的一个主要挑战。