一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座制造技术

本发明专利技术提供的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，通过绝缘主动冷却样品座和绝缘样品的双重绝缘设计、通过铠装热电偶包套施加负偏压和实时监测离子通量的设计、以及被动式温度调整垫片的使用；主动冷却样品座与热电偶包套都有独立的电源用以调整到达离子的能量并实时测量打到样品有效面积上的总通量，并可通过调整绝缘温控片的厚度与冷却介质种类和流量调整实验过程中的样品温度。该设计既可以保证实验过程中直接准确读出打到样品有效面积上的离子通量而不需要探针等其他辅助手段，同时还可进行不同入射能量和样品温度下的样品辐照实验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子体与材料相互作用实验装置部件，具体的说是一种可调整入射 离子能量、实时监测离子通量的控温样品座；能够通过控制样品座与样品的电位保证样品 收集到的离子电流被直接测出；通过调整样品座的电位改变辐照离子能量；通过改变冷却 介质种类和流量及绝缘温控片的厚度控制实验过程中样品温度。
技术介绍
核聚变能是潜在的清洁安全能源，其最终实现对人类能源问题的解决尤其重要， 而反应堆中第一壁材料问题又是未来核聚变能源能否利用的关键。材料问题的解决主要 取决于我们对等离子体与壁材料相互作用(Plasma-wallInteractions， PWI)过程和机理 的深入理解。PWI问题也被认为是国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)项目建设的最关键问题之一。 当前，等离子体与壁材料相互作用的实验研究分为大中型聚变装置中的PWI研究 和实验室装置模拟两种。其中，在大中型聚变装置中开展的研究受到实验周期等诸多限制， 材料在装置中经历的过程太多、太复杂，能够开展的工作往往只是对长期综合性的结果进 行分析。因此，大量的等离子体与壁材料相互作用研究工作由实验室模拟装置承担。这些 装置可以研究等离子体与材料的相互作用的基础问题，如材料的物理溅射和化学刻蚀、材 料中氢和氦滞留/起泡问题、等离子体破裂对材料的影响等。 模拟装置的重要部件之一就是样品座，样品座的功能包括对样品的夹持和对辐照 温度、面积的控制。当前在一些实验室的模拟装置中，为了进行样品在不同温度下的等离子 体辐照实验，样品座往往需要额外安装加热装置；同时，探针等诊断手段也被用于样品座附 近以便获取相应的等离子体参数；样品本身必须施加负偏压以控制离子入射能量。以上措 施使系统变得较为复杂，实验过程中样品温度不易控制，样品附近等离子体参数的准确性 也得不到保证，这些对于在实验室中利用模拟装置开展PWI研究产生了极为不利的影响。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种可调整入射离子能量、实时监测离 子通量的控温样品座，该样品座可用于各类研究等离子体与材料相互作用的装置中。 本专利技术采用的技术方案为 —种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于具有一 样品座基座，样品座基座内部有空腔，空腔与供冷却介质进、出的冷却管道联通，冷却管道 与样品座基座间绝缘；样品座基座上端通过螺栓安装有压盖，压盖中部有开孔，压盖与样品 座基座之间的空间内、样品座基座上方安装有中央开孔的样品绝缘套，样品绝缘套上方安 装有环形挡板，环形挡板位于压盖下表面和样品绝缘套上表面之间，与两者均紧密接触；样 品座基座中部有通孔，所述的通孔穿过所述的样品座基座内部的空腔，通孔中安装有铠装3热电偶，铠装热电偶外套装有热电偶绝缘套，热电偶绝缘套与样品座基座紧密接触，铠装热 电偶上端依次穿过绝缘温控片，绝缘温控片上端的导电片，导电片上表面与样品绝缘套之 间夹装放置样品，铠装热电偶上端顶在样品下方，所述绝缘温控片和导电片均位于样品绝 缘套内，等离子体经过压盖、环形挡板、样品绝缘套中央的开孔照射到样品上；所述冷却管 道和铠装热电偶均外接有独立的电源。 所述的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于 所述的样品座基座，其材质为铜或铜合金，内部空腔与冷却管道联通，冷却介质流量可调； 样品座基座与压盖用螺钉连接，样品座由冷却管道支撑，冷却管道与样品座基座之间做绝 缘处理，样品座配备独立可调的电源。 所述的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于 所述的导电片，其材质为铜或铜合金，正中心有小孔便于热电偶穿过，孔与热电偶外壳为过 盈配合；导电片两边表面粗糙度都极小。 所述的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于 所述的绝缘温控片材质为云母或各类陶瓷，中心有孔便于热电偶通过，绝缘温控片与热电 偶外壳之间为间隙配合；绝缘温控片两边表面粗糙度都极小。 所述的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于 所述的环形挡板，材质为钨或钼，环形挡板中心孔面积即为有效辐照面积；两边表面粗糙度 都极小，挡板内圈做倒圆处理。 所述的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于 所述的铠装热电偶，与样品及导电片紧密接触，铠装热电偶的包套外表面连接独立可调的 电源。 本专利技术的优点为 本专利技术提供的一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，通过 绝缘主动冷却样品座和绝缘样品的双重绝缘设计、通过铠装热电偶包套施加负偏压和实时 监测离子通量的设计、以及被动式温度调整垫片的使用；主动冷却样品座与热电偶包套都 有独立的电源用以调整到达离子的能量并实时测量打到样品有效面积上的总通量，并可通 过调整绝缘温控片的厚度与冷却介质种类和流量调整实验过程中的样品温度。该设计既可 以保证实验过程中直接准确读出打到样品有效面积上的离子通量而不需要探针等其他辅 助手段，同时还可进行不同入射能量和样品温度下的样品辐照实验。该样品座结构简单、性 能可靠，适用于各类研究等离子体与材料相互作用的装置中。附图说明 图1为本专利技术的结构示意图； 图中，主动冷却样品座基座1 、压盖2、样品绝缘套3、环形挡板4、样品5、导电片6、 绝缘片7、冷却管道8、热电偶绝缘套9、铠装热电偶10。具体实施例方式—种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座具有一样品座基座 l，样品座基座1内部有空腔，空腔与供冷却介质流动的冷却管道8联通，冷却管道8与样品座基座1间绝缘；样品座基座1上端通过螺栓安装有中央开孔的压盖2，压盖2与样品座基 座1之间的空腔内、样品座基座1上方安装有中央开孔的样品绝缘套3，样品绝缘套3上方 安装有环形挡板4，环形挡板4位于压盖2下表面和样品绝缘套3上表面之间，与两者均紧 密接触；样品座基座1中部有通孔，通孔中安装有铠装热电偶IO，铠装热电偶IO外套装有 热电偶绝缘套9，热电偶绝缘套9与样品座基座1紧密接触，铠装热电偶10上端穿过绝缘温 控片7、导电片6，铠装热电偶10上端顶在样品5下方，样品5夹装位于样品绝缘套3与导 电片6之间，所述绝缘温控片7和导电片6均位于样品绝缘套3内；所述冷却管道8和铠装 热电偶9均外接有独立的电源。等离子体经过压盖2、环形挡板4、样品绝缘套3中央的开 孔照射到样品5上。 所述的样品座基座l，其材质为铜或铜合金，内部具有冷却管道与空腔，冷却介质 流量可调；样品座基座与压盖用螺钉连接，样品座由冷却管道支撑，冷却管道与样品座基座 之间做绝缘处理，样品座配备独立可调的电源。 所述的导电片6，其材质为铜或铜合金，正中心有小孔便于热电偶穿过，孔与热电 偶外壳为过盈配合；导电片两边表面粗糙度都极小。 所述的绝缘温控片7 :材质为云母或各类陶瓷，中心有孔便于热电偶通过，绝缘温 控片与热电偶外壳之间为间隙配合；绝缘温控片两边程序表面粗糙度都极小。 所述的环形挡板4，材质为钨或钼，环形挡板中心孔面积即为有效辐照面积；两边 表面粗糙度都极小，挡板内圈做倒圆处理。 所述的铠装热电偶，与样品及导电片紧密接触，铠装热电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调整入射离子能量、实时监测离子通量的控温样品座，其特征在于：具有一样品座基座，样品座基座内部有空腔，空腔与供冷却介质进、出的冷却管道联通，冷却管道与样品座基座间绝缘；样品座基座上端通过螺栓安装有压盖，压盖中部有开孔，压盖与样品座基座之间的空间内、样品座基座上方安装有中央开孔的样品绝缘套，样品绝缘套上方安装有环形挡板，环形挡板位于压盖下表面和样品绝缘套上表面之间，与两者均紧密接触；样品座基座中部有通孔，所述的通孔穿过所述的样品座基座内部的空腔，通孔中安装有铠装热电偶，铠装热电偶外套装有热电偶绝缘套，热电偶绝缘套与样品座基座紧密接触，铠装热电偶上端依次穿过绝缘温控片，绝缘温控片上端的导电片，导电片上表面与样品绝缘套之间夹装放置样品，铠装热电偶上端顶在样品下方，所述绝缘温控片和导电片均位于样品绝缘套内，等离子体经过压盖、环形挡板、样品绝缘套中央的开孔照射到样品上；所述冷却管道和铠装热电偶均外接有独立的电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周海山，赵利平，罗广南，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]