直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁約束核聚變技術(shù)，尤其涉及一種直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研宄中，托卡馬克裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得等離子體某些部位不能直接被光學(xué)信號(hào)探測(cè)。這時(shí)，需要借助一些反射鏡將光學(xué)探測(cè)信號(hào)傳遞給探測(cè)系統(tǒng)，這些反射鏡就是第一鏡。
[0003]在托卡馬克裝置放電的過程中除了產(chǎn)生上億度的高溫等離子體之外，還伴隨著強(qiáng)烈的熱流輻照、高能粒子輻照和各種射線輻射。同時(shí)，高溫?zé)崃骱透吣芰Ｗ优c聚變裝置第一壁和偏濾器相互作用產(chǎn)生的塵埃雜質(zhì)會(huì)沉積到第一鏡表面，形成雜質(zhì)沉積層，降低第一鏡的工作性能。因此，在ITER設(shè)計(jì)中要求第一鏡能夠長(zhǎng)時(shí)間在各種輻射下依然保持著良好的光學(xué)性能，即仍有高反射率，能夠準(zhǔn)確的傳遞工作參數(shù)。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一鏡快速清洗有著重要的意義。
[0004]第一鏡作為托卡馬克裝置中重要的光學(xué)診斷器件，需要高效快捷的方法對(duì)其進(jìn)行清洗。同時(shí)在清洗的過程中不能引入新的雜質(zhì)，并且保證第一鏡本身的各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)達(dá)到要求。傳統(tǒng)的清洗方法諸如機(jī)械清洗，化學(xué)清洗可以有效地去除表面的油漬、銹跡等污染物。但是這些清洗方法都有著非常明顯的缺點(diǎn)。機(jī)械清洗容易引起表面損傷，化學(xué)清洗容易造成二次污染，降低表面物理性能。顯然，這些方法不適合用于托卡馬克第一鏡的清洗。與傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗是一種具有非接觸式，去除小尺寸污染物顆粒，無殘留物等優(yōu)點(diǎn)的新型的清洗方法。但是激光清洗必須使激光功率密度介于清洗閾值與被清洗樣品損傷閾值之間，這對(duì)清洗參數(shù)提出了較高的要求。同時(shí)，單次激光脈沖的清洗面積小，需用激光光束掃描樣品表面，這就造成清洗不均勻，清洗速率也較低。
[0005]所以，亟待一種非接觸式、無二次污染、清洗面積大、清洗速度快的托卡馬克第一鏡清洗裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有托卡馬克第一鏡的清洗效果不佳的問題，提出一種直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)基于直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬技術(shù)，能夠在不引入雜質(zhì)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一鏡樣品表面雜質(zhì)沉積層的大面積均勾清洗，快速去除雜質(zhì)沉積層。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置，包括級(jí)聯(lián)弧等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)、冷卻水供給系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)和反射率檢測(cè)系統(tǒng)；
[0008]所述級(jí)聯(lián)弧等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)用于產(chǎn)生合適的直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬，所述級(jí)聯(lián)弧等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)包括真空腔室、級(jí)聯(lián)源、直流電源、真空單元、供氣單元和冷卻單元，所述級(jí)聯(lián)源設(shè)置在真空腔室的一端，所述真空腔室為直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬的發(fā)生提供所需真空環(huán)境；所述直流電源與級(jí)聯(lián)源電連，為級(jí)聯(lián)源提供高頻引弧，擊穿電離工作氣體以及維持放電；所述供氣單元與級(jí)聯(lián)源通過管路連接，所述真空單元與真空腔室連接，所述冷卻單元設(shè)置在級(jí)聯(lián)源內(nèi)；
[0009]所述支撐系統(tǒng)為設(shè)置在真空腔室內(nèi)用于固定第一鏡樣品的支架，所述支架為水冷支架；所述支撐系統(tǒng)設(shè)置的位置能使級(jí)聯(lián)源發(fā)射的直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬照射在第一鏡樣品上;
[0010]所述冷卻水供給系統(tǒng)分別通過管路與水冷支架和冷卻單元連接；
[0011]所述反射率檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)清洗之后的第一鏡樣品表面反射率恢復(fù)情況。所述反射率檢測(cè)系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)燈、光譜儀和計(jì)算機(jī)，所述真空腔室側(cè)壁上設(shè)置有第一石英窗口和第二石英窗口，所述標(biāo)準(zhǔn)燈通過第一光纖發(fā)射的光能透過第一石英窗口照射到第一鏡樣品表面，光在第一鏡樣品表面反射后能透過第二石英窗口進(jìn)入第二光纖，所述第二光纖與光譜儀連接，所述光譜儀與計(jì)算機(jī)電連。所述光譜儀檢測(cè)的光譜信號(hào)由數(shù)據(jù)線傳輸至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)記錄并保存該信號(hào)。
[0012]進(jìn)一步地，所述級(jí)聯(lián)源包括柱狀陰極、陰極座、環(huán)狀陽(yáng)極和級(jí)聯(lián)片單元，所述柱狀陰極固定在陰極座上，陰極座起固定柱狀陰極以及密封的作用。所述級(jí)聯(lián)片單元設(shè)置在柱狀陰極和環(huán)狀陽(yáng)極之間，所述級(jí)聯(lián)片單元中心設(shè)置有小孔構(gòu)成放電通道。
[0013]進(jìn)一步地，所述級(jí)聯(lián)片單元包括多個(gè)平行設(shè)置的級(jí)聯(lián)片，所述級(jí)聯(lián)片中心設(shè)置有小孔，構(gòu)成放電通道。
[0014]進(jìn)一步地，所述陰極座與級(jí)聯(lián)片之間，所述相鄰級(jí)聯(lián)片之間，所述級(jí)聯(lián)片與環(huán)狀陽(yáng)極之間設(shè)置有聚四氟乙烯片、O型密封圈和氮化硼片。所述陰極座與級(jí)聯(lián)片，所述相鄰級(jí)聯(lián)片之間，所述級(jí)聯(lián)片與環(huán)狀陽(yáng)極之間通過聚四氟乙烯片、O型密封圈和氮化硼片保持相互絕緣。
[0015]進(jìn)一步地，所述冷卻單元的冷卻管路分別設(shè)置在陰極座、環(huán)狀陽(yáng)極和級(jí)聯(lián)片內(nèi)。
[0016]進(jìn)一步地，所述真空單元包括真空泵組、真空蝶閥和真空規(guī)；所述真空規(guī)安裝在真空腔室的外端，用于測(cè)量真空腔室的氣壓；所述真空泵組通過真空蝶閥與真空腔室相連，用于將真空腔室抽至放電所需真空條件，并且維持真空狀態(tài)；真空蝶閥用于調(diào)節(jié)真空泵組的抽速以改變真空腔室內(nèi)放電氣壓。
[0017]進(jìn)一步地，所述供氣單元包括氣瓶、減壓閥和質(zhì)量流量計(jì)，帶有減壓閥的氣瓶通過氣管與級(jí)聯(lián)源相連接，用來為級(jí)聯(lián)源提供工作氣體；所述質(zhì)量流量計(jì)安裝在氣瓶與級(jí)聯(lián)源之間，用于控制工作氣體的流速。
[0018]進(jìn)一步地，所述冷卻水供給系統(tǒng)用于提供冷卻水，所述冷卻水供給系統(tǒng)包括冷卻水槽、冷卻水管和冷卻水開關(guān)，所述冷卻水槽分別通過冷卻水管與水冷支架和冷卻單元連接，所述冷卻水管上設(shè)置有冷卻水開關(guān)。
[0019]本發(fā)明所述第一鏡如無特殊說明，均為托卡馬克第一鏡的簡(jiǎn)稱。本發(fā)明所述級(jí)聯(lián)源是級(jí)聯(lián)弧等離子體(cascade arc plasma)源的簡(jiǎn)稱。本發(fā)明所述級(jí)聯(lián)片為高導(dǎo)熱系數(shù)金屬薄板，內(nèi)部設(shè)有冷卻水通道，中心有孔，構(gòu)成放電通道。本發(fā)明直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、科學(xué)、合理，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)本發(fā)明所述裝置采用能產(chǎn)生合適的直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬的級(jí)聯(lián)源為主要清洗裝置。等離子體中存在著高能電子，離子，處于激發(fā)態(tài)的原子、分子、原子團(tuán)(自由基)，分子解離反應(yīng)過程中生成的輻射光線以及未反應(yīng)的原子、分子等。等離子體清洗是利用等離子體中的能量粒子對(duì)表面輻照實(shí)現(xiàn)清洗(物理濺射)，或是利用其包含的自由基激發(fā)表面的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)清洗(化學(xué)刻蝕)。由于等離子體清洗具有非接觸式、無二次污染、清洗面積大等優(yōu)點(diǎn)，因此等離子體清洗可應(yīng)用于托卡馬克第一鏡的清洗。
[0021](2)本發(fā)明所述裝置還包括反射率檢測(cè)系統(tǒng)，使本裝置一方面能大面積、均勻、快速去除第一鏡表面的雜質(zhì)沉積層，另一方面還能在線完成托卡馬克第一鏡反射率的檢測(cè)。
[0022](3)本發(fā)明所述裝置可設(shè)置個(gè)性化清洗參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同污染程度第一鏡進(jìn)行個(gè)性化清洗。本發(fā)明所述裝置可以通過調(diào)節(jié)直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬的直徑夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同面積第一鏡均勻清洗。本裝置還具有無雜質(zhì)和方向性好的優(yōu)點(diǎn)，在清洗的過程中不會(huì)對(duì)第一鏡造成二次污染，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)第一鏡的長(zhǎng)距離清洗。
[0023](4)本發(fā)明所述裝置采用的級(jí)聯(lián)源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能通過機(jī)械手任意移動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)原位清洗托卡馬克第一鏡提供一種可行的清洗途徑。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為級(jí)聯(lián)源結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明:
[0027]實(shí)施例
[0028]本實(shí)施例公開了一種基于直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬技術(shù)的直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬清洗托卡馬克第一鏡的裝置，如圖1所示，包括直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)(以氬等離子體炬為例)、支撐系統(tǒng)、冷卻水供給系統(tǒng)和反射率檢測(cè)系統(tǒng)。
[0029]所述直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)用于產(chǎn)生合適的直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬10，所述直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬發(fā)生系統(tǒng)包括真空腔室1、級(jí)聯(lián)源11、直流電源12、真空單元、供氣單元和冷卻單元。
[0030]所述級(jí)聯(lián)源11設(shè)置在真空腔室I的一端，如圖2所示，所述級(jí)聯(lián)源包括柱狀陰極25、陰極座24、環(huán)狀陽(yáng)極26和級(jí)聯(lián)片單元27，所述環(huán)狀陽(yáng)極26設(shè)置在真空腔室I的一端；所述柱狀陰極25固定在陰極座24上，陰極座24在固定柱狀陰極25的同時(shí)還具有密封的作用(實(shí)現(xiàn)真空腔室I的密封)。所述級(jí)聯(lián)片單元27設(shè)置在柱狀陰極25和環(huán)狀陽(yáng)極26之間，所述級(jí)聯(lián)片單元27中心設(shè)置有小孔構(gòu)成放電通道。所述級(jí)聯(lián)片單元27包括多個(gè)平行設(shè)置的級(jí)聯(lián)片，所述級(jí)聯(lián)片中心設(shè)置有小孔，構(gòu)成放電通道。所述陰極座24與級(jí)聯(lián)片之間，所述相鄰級(jí)聯(lián)片之間，所述級(jí)聯(lián)片與環(huán)狀陽(yáng)極26之間設(shè)置有聚四氟乙烯片28、O型密封圈29和氮化硼片30 ;具體地，沿半徑方向自內(nèi)而外依次為氮化硼片30、O型密封圈29和聚四氟乙烯片28。所述陰極座與級(jí)聯(lián)片之間，所述相鄰級(jí)聯(lián)片之間，所述級(jí)聯(lián)片與環(huán)狀陽(yáng)極之間通過聚四氟乙烯片28、O型密封圈29和氮化硼片30保持相互絕緣。
[0031]所述真空腔室I為圓柱體形腔室，能為直流級(jí)聯(lián)弧等離子體炬的發(fā)生提供所需真空環(huán)境；所述直流電源12與級(jí)聯(lián)源11電連，為級(jí)聯(lián)源11提供高頻引弧，擊穿電離工作氣體以及維持放電，直流電源12可以調(diào)節(jié)放電電流大小，獲得不同放電功率；
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