一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核聚变与光学诊断技术领域，尤其涉及一种托卡马克壁材料侵蚀与再 沉积的测量装置。
【背景技术】
[0002] 在磁约束核聚变实验研究中，碳材料因其良好的导热性能和低原子数而被广泛的 应用于托卡马克第一壁材料。在托卡马克运行过程中，第一壁暴露在高热流和高粒子流下， 同时化学侵蚀、物理溅射以及各种热效应的作用也会导致第一壁材料的侵蚀。被侵蚀的材 料溅射出大量的杂质，影响托卡马克的运行安全。被侵蚀的碳材料与氢原子结合可以在第 一壁上形成杂质沉积层，这就是再沉积。同时，氚滞留会大大缩短托卡马克的运行周期。因 此，在托卡马克运行过程中，实现对侵蚀与再沉积的原位在线诊断，标定侵蚀与再沉积量的 准确信息，对于延长托卡马克的运行周期，保证托卡马克的运行安全具有重要意义。
[0003] ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)项目位于法国 Cadarache，由欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国和中国共同资助，旨在研究可控核聚变 装置，是目前国际上最大的多边合作项目，对侵蚀诊断的要求是：偏滤器靶板表面垂直方向 侵蚀率的测量范围在1-10 ym(±30% )，时间分辨率2s，沿表面方向的空间分辨率为10mm ; 第一壁严重侵蚀区，要求点侵蚀垂直方向测量范围为〇-3_，时间分辨率为一个放电脉冲， 沿面方向的空间分辨率为l〇mm，精确度为12 ym。然而，针对托卡马克壁形貌诊断的研究 并不是很多，一些基于石英微天平和激光测距技术的测量方法已被用于侵蚀和再沉积的测 量，然而，微天平不能进行实时监测，激光测距技术不能满足对空间分辨率的要求。并且现 有技术托卡马克壁的侵蚀与再沉积不能实时测量、无法工作于震动环境。
【发明内容】
[0004] 本发明主要解决现有技术空间分辨率不足、不能实时测量、无法工作于震动环境 等技术问题，提出一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置，以实现对托卡马克壁材 料侵蚀与再沉积的在线、无损、高精度、高灵敏度、三维及定量监测。数字散斑干涉术在无 损、全场测量方面已发展相对成熟，并具有广泛的应用实例，在此，本发明将数字散斑干涉 术应用于托卡马克环境，以解决空间分辨率不足及不能实时测量的问题。
[0005] 本发明提供了一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置，包括：激光入射单 元、干涉单元、相移单元、图像采集单元以及时序控制单元；
[0006] 所述激光入射单元包括第一激光器、第二激光器、透反镜、第一孔阑、空间滤波器 和凸透镜；所述第一激光器的出射光路上依次设置所述透反镜、所述第一孔阑、所述空间滤 波器和凸透镜；所述第二激光器设置在透反镜远离第一激光器的一侧；所述第一激光器和 第二激光器出射光的夹角为90度；
[0007] 所述干涉单元包括依次设置的分束镜和反射镜；所述分束镜设置在所述凸透镜远 离空间滤波器的一侧；所述分束镜的一侧面与测试样品相对，且分束镜的延长线与测试样 品在水平方向具有45度夹角；
[0008] 所述相移单元包括依次设置的压电陶瓷和压电陶瓷控制箱，所述压电陶瓷和反射 镜贴覆在一起，所述压电陶瓷和压电陶瓷控制箱电连接；
[0009] 所述图像采集单元包括工业相机，所述工业相机设置在分束镜远离测试样品的一 侧；
[0010] 所述时序控制单元包括数据采集控制箱，所述数据采集控制箱分别与第一激光 器、第二激光器、压电陶瓷控制箱和工业相机电连接。
[0011] 进一步的，所述空间滤波器包括依次设置的显微物镜和针孔。
[0012] 进一步的，所述透反镜和分束镜分别与水平方向具有45度夹角。
[0013] 进一步的，所述凸透镜和所述分束镜之间设置第二孔阑。
[0014] 进一步的，所述分束镜和所述工业相机之间设置第三孔阑。
[0015] 进一步的，所述第一激光器和第二激光器分别为可调谐激光器。
[0016] 进一步的，所述分束镜和所述反射镜之间设置衰减片。
[0017] 进一步的，所述工业相机包括ICXD或(XD。
[0018] 进一步的，所述数据采集控制箱包括：多通道信号发生单元、时间延迟控制单元、 数据采集单元、激光器控制单元和压电陶瓷触发单元。
[0019] 进一步的，所述数据采集控制箱与外部的控制计算机电连接。
[0020] 本发明提供的一种托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置，包括激光入射单 元、干涉单元、相移单元、图像采集单元以及时序控制单元，可以通过采集到的散斑干涉图 处理重构得到侵蚀与再沉积的三维形貌，进而实现对托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的在 线、无损、高精度、高灵敏度、三维及定量监测。本装置可以采用不同的波长组合从而实现对 不同测量范围的测量。本发明的光路中利用显微物镜、针孔构造空间滤波器，提高入射光的 空间相干性，并将入射光扩束成均匀圆斑。本发明通过控制激光器及ICCD的触发及采样时 序，从而实现在振动环境下的测量，解决空间分辨率不足以及不能实时测量的问题。本装置 结构简单，可数字化操作，被认为是监测托卡马克壁材料侵蚀与再沉积最具前景的手段。
【附图说明】
[0021] 图1为托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置的结构示意图；
[0022] 图2为空间滤波器的结构示意图。
[0023] 图中附图标记指代的技术特征为：
[0024] 1.第一激光器；2.第二激光器；3.透反镜；4.第一孔阑；5.空间滤波器；6.凸透 镜；7.第二孔阑；8.分束镜；9.测试样品；10.衰减片；11.反射镜；12.压电陶瓷；13.压电 陶瓷控制箱；14.第三孔阑；15. ICXD ; 16.数据采集控制箱；17.控制计算机；18.显微物镜； 19.针孔。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面 结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施 例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图 中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0026] 图1为托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量装置的结构示意图。如图1所示，本 发明实施例提供的托卡马克壁材料侵蚀与再沉积的测量包括：激光入射单元、干涉单元、相 移单元、图像采集单元以及时序控制单元。
[0027] 所述激光入射单元包括第一激光器1、第二激光器2、透反镜3、第一孔阑4、空间滤 波器5、凸透镜6和第二孔阑7 ;所述第一激光器1的出射光路上依次设置所述透反镜3、所 述第一孔阑4、所述空间滤波器5、凸透镜6和第二孔阑7 ;所述第二激光器2设置在透反镜 3远离第一激光器1的一侧；所述第一激光器1和第二激光器2出射光的夹角为90度。图 2为空间滤波器的结构示意图。参照图2,所述空间滤波器5包括依次设置的显微物镜18 和针孔19。所述第透反镜3和分束镜8分别与水平方向具有45度夹角。本实施例中所述 激光器为可调谐激光器。所述激光入射单元可以用于完成入射激光的准直扩束。由显微物 镜18和针孔19组成空间滤波器5,能够增强入射光的空间相干性。凸透镜6的作用是使扩 束的入射光平行入射。
[0028] 所述干涉单元包括依次设置的分束镜8、测试样品9、衰减片10和反射镜11 ;所述