[发明专利]托卡马克第一壁材料激光刻蚀系统及刻蚀深度标定方法

说明书

托卡马克第一壁材料激光刻蚀系统及刻蚀深度标定方法，涉及核聚变装置技术领域。托卡马克第一壁材料激光刻蚀系统，包括真空装置、刻蚀装置和观测装置；真空装置包括真空气氛腔室、真空泵组和真空规；刻蚀装置包括刻蚀平台、光纤激光器和主控电脑。托卡马克第一壁材料刻蚀深度标定方法，步骤如下：预处理；离子注入；获取烧蚀前的supgt;13/supgt;C离子浓度分布情况；激光刻蚀；计算激光刻蚀深度；获取激光刻蚀后的supgt;13/supgt;C离子浓度分布情况；建立supgt;13/supgt;C离子浓度与刻蚀深度对应关系的数据库。本发明将示踪元素supgt;13/supgt;C用于托卡马克第一壁材料腐蚀深度的标定，为在线测量托卡马克第一壁材料的腐蚀深度提供了切实可行的方案。

技术领域

本发明涉及核聚变装置技术领域，特别是一种托卡马克第一壁材料激光刻蚀系统及刻蚀深度标定方法。

背景技术

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，它是核聚变相关实验和研究中的重要设备，托卡马克工作时，芯部的工作气体被高能电流击穿，形成等离子体，将等离子体维持在一定的浓度、温度和密度下，当放电参数满足一定条件即发生核聚变反应。

托卡马克的芯部被第一壁包裹在内，从而处于一个密闭的环境中。当托卡马克运行时，一方面，第一壁直接暴露在高热流与强磁场的极端环境中，并且直接与来自芯部的高能等离子体接触，致使第一壁承受高能粒子流冲击、稳态事件引起的瞬态热流、异常事件引起的瞬态热流，容易发生腐蚀现象，另一方面，第一壁在芯部发生的等离子体放电中断、垂直不稳定性位移、逃逸电子、边缘局域模等事件的作用下，容易发生腐蚀现象。所述腐蚀现象包括第一壁材料产生的物理溅射、化学溅射、蒸发、融化、化学腐蚀、辐射增强升华等现象。

被腐蚀的第一壁溅射出大量的杂质例子，这些杂质例子混入并污染芯部的等离子体，降低了等离子体的品质，进而影响托卡马克的运行安全。因此，对托卡马克第一壁的腐蚀深度进行标定，对腐蚀现象的规律进行研究是非常有必要的。

但是，上述的标定和研究存在以下困难之处：1、第一壁的腐蚀面为第一壁的内表面，若要测量腐蚀深度，就要对第一壁材料进行破坏性取样，标定和研究的成本过高，得不偿失。2、目前针对第一壁腐蚀深度的标定，缺乏有效的方法，这对第一壁腐蚀深度的测量和研究造成了巨大的阻碍。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种托卡马克第一壁材料激光刻蚀系统及刻蚀深度标定方法，解决了目前针对托卡马克第一壁材料的腐蚀深度标定及腐蚀行为研究，缺乏有效的方法的问题。

本发明的技术方案是：托卡马克第一壁材料激光刻蚀系统，包括真空装置、刻蚀装置和观测装置；

真空装置包括真空气氛腔室、真空泵组和真空规；真空气氛腔室内设有空腔，真空气氛腔室的外壁上设有连通至空腔的操作口、线缆出入口、管道连接口和真空规连接口，操作口处设有用于封闭或敞开操作口的活动盖；真空泵组通过管道与真空气氛腔室的管道连接口连接；真空规直接或间接连接在真空规连接口上；

刻蚀装置包括刻蚀平台、光纤激光器和主控电脑；刻蚀平台安装在真空气氛腔室的内腔中，其包括用于放置工件的台板、用于驱动台板做竖直升降移动的竖直升降驱动机构、用于驱动台板在水平面上移动的水平面移动驱动机构；光纤激光器包括依次连接的激光发射头、控制器和光纤；激光发射头固定设置在真空气氛腔室的内腔中，其激光射出方向竖直向下；控制器设置在真空气氛腔室的外部；光纤一端位于真空气氛腔室的内腔中，并连接在激光发射头上，另一端从线缆出入口穿出到真空气氛腔室的外部，并连接在控制器上；主控电脑设在真空气氛腔室的外部，并分别与竖直升降驱动机构、水平面移动驱动机构、控制器电连接；

观测装置包括CCD相机、照明装置和显示器；CCD相机固定设置在激光发射头上；照明装置设置在真空气氛腔室的内腔中；显示器放置在真空气氛腔室的外部，其通过信号线与CCD相机通信连接，信号线一端位于真空气氛腔室的内腔中，并连接在CCD相机上，另一端从线缆出入口穿出到真空气氛腔室的外部，并与显示器连接。