直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法技术

本发明专利技术提供一种直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法，包括以下步骤：预先设定工作气体以及测定标准灯的发射光谱；相继打开真空设备、水冷设备和进气设备，完成直流级联弧等离子体炬放电的准备工作；放电产生直流级联弧等离子体炬，并对第一镜样品进行清洗；改变相关清洗参数，对第一镜样品实施个性化清洗；清洗一定时间后原位检测第一镜样品反射率恢复情况，根据检测结果确定是否继续清洗；如果需要继续清洗，则重复清洗直至达到清洗要求。本发明专利技术采用的直流级联弧等离子体炬可调放电参数多、方向性好、无杂质，能实现大面积、长距离、均匀快速去除第一镜表面的杂质沉积层，并完成在线检测反射率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁约束核聚变技术，尤其涉及一种。
技术介绍
在磁约束核聚变实验研宄中，由于托卡马克装置内部复杂严峻的放电环境使得诸多实验参数必须通过光学诊断技术才能获得。然而，由于托卡马克装置结构复杂，因此等离子体的某些部位不利于光学信号的探测。这时，需要借助一些反射镜将光学探测信号传递给探测系统，这些反射镜就是第一镜。在托卡马克装置放电的过程中除了产生上亿度的高温等离子体之外，还伴随着强烈的热流辐照、高能粒子辐照和各种射线辐射。同时，高温热流和高能粒子与聚变装置第一壁和偏滤器相互作用产生的尘埃杂质会沉积到第一镜表面，形成杂质沉积层，引起第一镜的反射率大幅度下降，造成所测量实验参数诊断失实，更严重的后果可能造成诊断系统的瘫痪。在ITER设计中要求第一镜能够长时间在各种辐射下依然保持着良好的光学性能，即仍有高反射率，能够准确的传递工作参数。因此，实现对第一镜快速清洗有着重要的意义。第一镜作为托卡马克装置中重要的光学诊断器件，需要高效快捷的方法对其进行清洗。同时在清洗的过程中不能引入新的杂质，并且保证第一镜本身的各项光学参数达到要求。传统的清洗方法诸如机械清洗，化学清洗可以有效地去除表面的油渍、锈迹等污染物。但是这些清洗方法都有着非常明显的缺点。机械清洗容易引起表面损伤，化学清洗容易造成二次污染，降低表面物理性能。显然，这些方法不适合用于托卡马克第一镜的清洗。与传统清洗方法相比，激光清洗是一种具有非接触式，去除小尺寸污染物颗粒，无残留物等优点的新型的清洗方法。但是激光清洗必须使激光功率密度介于清洗阈值与被清洗样品损伤阈值之间，这对清洗参数提出了较高的要求。同时，单次激光脉冲的清洗面积小，需用激光光束扫描样品表面，这就造成清洗不均匀，清洗速率也较低。所以亟待一种非接触式、无二次污染、清洗面积大、清洗速度快的托卡马克第一镜清洗方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有托卡马克第一镜清洗方法的清洗效果不佳的问题，提出一种，该方法利用直流级联弧等离子体炬可调放电参数多、方向性好、无杂质等优点，可以实现大面积、长距离、均匀、快速去除第一镜表面的杂质沉积层，并完成在线检测反射率。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种，包括以下步骤:步骤A:根据待清洗第一镜样品的污染物成分，设定使用工作气体种类；测定标准灯的发射光谱以及待清洗第一镜样品(即清洗前第一镜样品)的反射光谱，得到第一镜样品清洗前的反射率；将待清洗第一镜样品固定在位于真空腔室内的水冷支架上；步骤B:将真空腔室抽至放电所需真空状态并维持之；打开水冷系统为需要冷却的部件提供冷却水；打开供气单元(打开气瓶、减压阀和质量流量计)为级联源提供工作气体，完成直流级联弧等离子体炬放电的准备工作；步骤C:触发电源开关，进行高频引弧，将通入到级联源的工作气体击穿电离；之后，引弧结束，由直流电源维持放电；被电离的气体由级联源环状阳极的中心喷口喷出，进入与级联源相连的真空中，形成直流级联弧等离子体炬；所述直流级联弧等离子体炬加载到第一镜样品的杂质沉积层表面，以清洗第一镜样品；步骤D:通过直流电源、真空蝶阀以及质量流量计分别调节放电电流、真空腔室气压以及工作气体流速参数，以获得不同的直径、长度、等离子体温度以及等离子体密度的直流级联弧等离子体炬，实现对第一镜样品个性化清洗。步骤E:当第一镜样品被清洗一定时间后，停止清洗，原位检测第一镜样品的反射率；根据第一镜样品反射率恢复情况，决定是否继续清洗；如果达到清洗要求，则完成第一镜样品的清洗；如果未达到清洗要求，则重复步骤C、步骤D，直至达到清洗要求。进一步地，所述步骤B中的抽真空由与真空腔室连通的真空泵组完成，具体的，打开真空泵组和位于真空泵组与真空腔室中的真空蝶阀，实现真空腔室的抽真空。进一步地，所述步骤B中的真空状态为真空气压< IPa。进一步地，所述步骤B中需要冷却的部件为级联源和用于放置第一镜样品的水冷支架。进一步地，所述步骤B中打开供气单元为:打开气瓶、减压阀和质量流量计，为级联源提供工作气体。进一步地，所述步骤C中直流级联弧等离子体炬近垂直地加载到第一镜样品的杂质沉积层表面。进一步地，所述步骤E原位检测第一镜样品的反射率的步骤为:采用光纤将标准灯发出的检测光传输到真空腔室的石英窗口前；检测光透过窗口照射到第一镜样品表面后被反射；用另外一根光纤将反射光收集，并传输至光谱仪，得到第一镜表面的反射光谱；与步骤A预先测定的标准灯的发射光谱相比，即可得到清洗后的第一镜样品表面的反射率。本专利技术所述第一镜如无特殊说明，均为托卡马克第一镜的简称。本专利技术直流级联弧等离子炬体清洗托卡马克第一镜的方法步骤科学、合理，与现有技术相比较具有以下优点:(I)本专利技术所述方法的清洗源为直流级联弧等离子体炬。等离子体中存在着高能电子，离子，处于激发态的原子、分子、原子团(自由基)，分子解离反应过程中生成的辐射光线以及未反应的原子、分子等。等离子体清洗是利用等离子体中的能量粒子对表面辐照实现清洗(物理溅射)，或是利用其包含的自由基激发表面的化学反应实现清洗(化学刻蚀)。因等离子体清洗具有非接触式、无二次污染、清洗面积大等优点，可应用于托卡马克第一镜的清洗。(2)本专利技术所述方法还包括反射率检测系统，使本方法一方面能大面积、均匀、快速去除第一镜表面的杂质沉积层，另一方面还能在线完成托卡马克第一镜反射率的检测。(3)本专利技术所述方法具有多个可调的放电参数，根据第一镜样品的污染情况以及实际清洗情况，可以有针对性地设置清洗参数，实现对不同污染程度第一镜进行个性化清洗。本专利技术所述方法可以通过调节直流级联弧等离子体炬的直径够实现对不同面积第一镜均匀清洗。本方法所用的直流级联弧等离子体炬产生源结构简单，不以第一镜作为电极，不会对第一镜造成损伤。本方法还具有无杂质和方向性好的优点，在清洗的过程中不会对第一镜造成二次污染，并且能够实现对第一镜的长距离清洗。【附图说明】图1为直流级联弧等离子炬体清洗托卡马克第一镜的装置的结构示意图；图2为级联源结构示意图；图3为本专利技术直流级联弧等离子炬体清洗托卡马克第一镜的方法的示意图。【具体实施方式】以下结合实施例对本专利技术进一步说明:实施例本实施例公开了一种基于直流级联弧等离子体炬技术的托卡马克第一镜的方法，该方法能大面积均匀快速去除第一镜表面的杂质沉积层，恢复第一镜的反射率，并且不引进其他杂质。本实施例采用的装置如图1所示，包括直流级联弧等离子体炬发生系统(以氩等离子体炬为例)、支撑系统、冷却水供给系统和反射率检测系统。所述级联弧等离子体炬发生系统用于产生合适的直流级联弧等离子体炬，所述级联弧等离子体炬发生系统包括真空腔室1、级联源11、直流电源12、真空单元、供气单元和冷却单元。所述级联源设置在真空腔室I的一端，如图2所示，所述级联源包括柱状阴极25、阴极座24、环状阳极26和级联片单元27，所述柱状阴极25固定在阴极座24上，阴极座24在固定柱状阴极25的同时还具有密封的作用(实现真空腔室I的密封)。所述级联片单元27设置在柱状阴极25和环状阳极26之间，所述级联片单元27中心设置有小孔构成放电通道。所述级联片单元27包括多个平行设置的级联片，所述级联片中心设置有小孔，构成放电通道。所述阴极座24与级联片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：根据待清洗第一镜样品的污染物成分，设定使用工作气体种类；测定标准灯的发射光谱以及待清洗第一镜样品的反射光谱；将待清洗第一镜样品固定在位于真空腔室内的水冷支架上；步骤B：将真空腔室抽至放电所需真空状态并维持之；打开水冷系统为需要冷却的部件提供冷却水；打开供气单元，为级联源提供工作气体；步骤C：触发电源开关，进行高频引弧，将通入到级联源的工作气体击穿电离；引弧结束，由直流电源维持放电；被电离的气体由级联源环状阳极的中心喷口喷出，进入与级联源相连的真空中，形成直流级联弧等离子体炬；所述直流级联弧等离子体炬加载到第一镜样品的杂质沉积层表面，以清洗第一镜样品；步骤D：通过直流电源、真空蝶阀以及质量流量计分别调节放电电流、真空腔室气压以及工作气体流速参数，以获得不同的直径、长度、等离子体温度以及等离子体密度的直流级联弧等离子体炬；步骤E：当第一镜样品被清洗一定时间后，停止清洗，原位检测第一镜样品的反射率；根据第一镜样品反射率恢复情况，决定是否继续清洗；如果达到清洗要求，则完成第一镜样品的清洗；如果未达到清洗要求，则重复步骤C、步骤D，直至达到清洗要求。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洪斌，王勇，李聪，王志伟，吴兴伟，陈俊凌，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21