高温-应力载能离子辐照装置

摘要

本发明涉及一种高温-应力载能离子辐照装置，其特征是在离子束传输真空管道的前端外围设有电磁扫描设备，后端连接真空腔室；半拦截式离子束流探测器和离子束斑探测器位于真空管道内部，拦截式离子束流绝对测量探测器置于真空腔室内，离子束斑探测器位于半拦截式束流探测器和拦截式束流探测器之间，与离子束线呈45°夹角，外侧设有CCD离子束斑监示探测器；内置腔室中有辐射加热源，外围设有辐射屏蔽层；拉/压施压传感系统竖直位于内置腔室的中心，温度测量与自动控制系统与拉/压样品夹上固定的样品直接相连；真空腔室的外侧及拉/压施压传感系统上部外侧均设有循环冷却水套。本发明的优点在于不仅适用于高温、应力等特殊环境下的载能离子辐照材料实验，同时可以作为常规载能离子辐照和相关材料力学性能测量的装置。

权利要求

1.一种高温-应力载能离子辐照装置，包括电磁扫描设备(1)、离子束流传输真空管道(2)、半拦截式离子束流探测器(3)、离子束斑探测器(4)、CCD离子束斑监示探测器(5)、拦截式离子束流绝对测量探测器(6)、内置腔室(7)、热辐射屏蔽层(8)、辐射加热源(9)、拉/压施压传感系统(10)、温度测量与自动控制系统(11)、拉/压样品夹(12)、循环冷却水套(13)、真空腔室(14)、真空抽气系统(15)、水套进口(16)和水套出口(17)，其特征是离子束流传输真空管道(2)前端外围置有电磁扫描设备(1)，其后端连接真空腔室(14)；半拦截式离子束流探测器(3)和离子束斑探测器(4)位于离子束流传输真空管道(2)内，拦截式离子束流绝对测量探测器(6)置于真空腔室(14)内，并位于内置腔室(7)的正前方；半拦截式离子束流探测器(3)、离子束斑探测器(4)及拦截式离子束流绝对测量探测器(6)的中心处于离子束流传输真空管道(2)的水平轴线上，离子束斑探测器(4)位于半拦截式离子束流探测器(3)和拦截式离子束流绝对测量探测器(6)之间，与离子束线呈45°夹角，其外侧设有CCD离子束斑监示探测器(5)；离子辐照腔室是由真空腔室(14)和内置腔室(7)组成；内置腔室(7)中有辐射加热源(9)，其外侧设有热辐射屏蔽层(8)；拉/压施压传感系统(10)竖直位于内置腔室(7)的中心，其下部固定于真空腔室(14)的底部，上部向上延伸至真空腔室(14)的外部，温度测量与自动控制系统(11)与竖直放置在拉/压样品夹(12)上的样品直接相连；真空腔室(14)与真空抽气系统(15)连接，真空腔室(14)的外侧及拉/压施压传感系统(10)上部外侧均设有循环冷却水套(13)，循环冷却水套(13)设有水套进口(16)和水套出口(17)。

说明书

高温-应力载能离子辐照装置

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种高温-应力载能离子辐照装置，主要应用于高温、应力环境中的载能离子辐照材料与性能测试实验，同时可以作为常规载能离子辐照和相关材料力学性能测量的装置。

背景技术

[0002] 载能离子与物质相互作用物理学是一门原子核物理与凝聚态物理和材料科学相互渗透的交叉学科，主要探索载能离子与固体材料中的原子、分子碰撞的基本动力学过程、在固体材料中引起的效应及其规律。业已取得的研究成果使其在电子信息、航天航空，能源等方面日益显示出广泛的应用前景。

[0003] 随着与之相关的研究工作的不断深入，在特殊条件下，如高/低温、应力等环境中，载能离子与固体材料相互作用的研究，已成为当今国际关注的热点。研究显示特殊辐射环境中材料的行为完全不同于常温常压下的材料行为，在大多数情况下，人们往往更关心前者环境中的材料性能。例如，在核能发展中，材料问题是制约核能开发和利用的主要瓶颈。上世纪六、七十年代发展了利用离子束模拟堆中子在堆材料中引起辐照损伤的技术，以快速地为反应堆设计人员提供相关材料辐照损伤的参考数据，如材料的辐照肿胀，辐照蠕变，硬化以及腐蚀等行为的数据。反应堆内的环境非常复杂，堆内结构材料面临着极其恶劣的环境，其中温度和应力是两个非常关键的参数。随着核能技术的发展，迫切需要一种能够模拟反应堆内环境的辐照装置，希望为反应堆设计人员提供更为可靠的相关材料辐照损伤的参考数据。然而，现有的辐照装置大多都是常温辐照，极少装置可以实现高/低温辐照环境，几乎没有装置涉及到应力。为了适应国家发展核能的需求及科学研究自身发展要求，亟需一种新型的、适用于高温、应力环境中的载能离子辐照材料实验研究装置的问世。

发明内容

[0004] 针对目前缺乏适用于特殊环境中的材料辐照装置，本发明的目的在于提供一种高温-应力载能离子辐照装置。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

[0006] 一种高温-应力载能离子辐照装置，包括电磁扫描设备、离子束流传输真空管道、半拦截式离子束流探测器、离子束斑探测器、CCD离子束斑监示探测器、拦截式离子束流绝对测量探测器、内置腔室、热辐射屏蔽层、辐射加热源、拉/压施压传感系统、温度测量与自动控制系统、拉/压样品夹、冷却水套、真空腔室、真空抽气系统、水套进口和水套出口。离子束流传输真空管道前端外围置有电磁扫描设备，其后端连接真空腔室；半拦截式离子束流探测器和离子束斑探测器位于离子束流传输用真空管道内，拦截式离子束流绝对测量探测器置于真空腔室内，并位于内置腔室的正前方；半拦截式离子束流探测器、离子束斑探测器及拦截式离子束流绝对测量探测器的中心处于离子束流传输用真空管道的水平中轴线上，离子束斑探测器位于半拦截式束流探测器和拦截式束流探测器之间，与离子束线呈45°夹角，其外侧设有CCD离子束斑监示探测器；离子辐照腔室是由真空腔室和内置腔室组成；内置腔室中有辐射加热源，其外侧设有辐射屏蔽层；拉/压施压传感系统竖直位于内置腔室的中心，其下部固定于真空腔室的底部，上部向上延伸至真空腔室的外部，温度测量与自动控制系统与竖直放置在拉/压样品夹上的样品直接相连；真空腔室与真空抽气系统连接，真空腔室的外侧及拉/压施压传感系统上部外侧均设有循环冷却水套，循环冷却水套设有为水套进口和水套出口。

[0007] 本发明的优点和产生的有益效果是：

[0008] 本装置所述的离子束流测量系统，突破了传统铝箔三明治测束方法，采用了一种半拦截式的测束方法，适合强流、长时间条件下的载能离子辐照材料实验；本发明所述的高温系统，样品温度是通过辐射加热源加热，热辐射屏蔽层保证高温的获得，真空腔室外侧的冷却水套保证真空腔室温度处于低温(室温)状态以保障系统正常工作；本发明所述的应力系统，既可以施加拉应力，又可以施加压应力；本发明不仅可以作为特殊环境下的载能离子辐照装置，而且可以作为常规载能离子辐照和相关材料力学性能测量的装置，在不增加成本的情况下，提高了装置的利用率。

[0009] 本发明主要用于高温(室温～1200℃连续可调)，应力(最大拉应力为150kgf，最大压应力为200kgf，应力值连续可调)环境中材料的离子辐照。

附图说明

[0010] 图1是本发明结构示意图。

[0011] 图2是图1真空腔室的外部水套侧视图。

具体实施方式

[0012] 下面结合附图，对本发明所述的技术方案再作进一步说明：

[0013] 如图1-2所示，一种高温-应力载能离子辐照装置，包括电磁扫描设备1、离子束流传输用真空管道2、半拦截式离子束流探测器3、离子束斑探测器4、CCD离子束斑监示探测器5、拦截式离子束流绝对测量探测器6、内置腔室7、热辐射屏蔽层8、辐射加热源9、拉/压施压传感系统10、温度测量与自动控制系统11、拉/压样品夹12、冷却水套13和真空腔室14、真空抽气系统15、水套进口16和出口17。离子束流传输真空管道2前端外围置有电磁扫描设备1，其后端连接真空腔室14；半拦截式离子束流探测器3和离子束斑探测器4位于离子束流传输用真空管道内，拦截式离子束流绝对测量探测器6置于真空腔室14内，并位于内置腔室7的正前方；半拦截式离子束流探测器3、离子束斑探测器4及拦截式离子束流绝对测量探测器6的中心处于离子束流传输用真空管道2的水平中轴线上，离子束斑探测器4位于半拦截式束流探测器3和拦截式束流探测器6之间，与离子束线呈45°夹角，其外侧设有CCD离子束斑监示探测器5；离子辐照腔室是由真空腔室14和内置腔室7组成；真空腔室12和内置腔室7均采用侧开门；内置腔室7中有辐射加热源9，辐射加热源9外围设有辐射屏蔽层8；拉/压施压传感系统10竖直位于内置腔室7的中心，其下部固定于真空腔室7的底部，上部向上延伸至真空腔室14的外部，温度测量与自动控制系统11与竖直放置在拉/压样品夹上的样品12直接相连；真空腔室14与真空抽气系统15连接；在真空腔室14外侧六个面和拉/压施压传感系统10的上半部均设有冷却水套13，其中右侧水套
13是通过冷却水进口16，出口17外接冷却水系统。

[0014] 在装置运行过程中，离子束首先经过扫描磁铁1，同时进行X和Y方向扫描，将束流扫描成方形。在离子束流传输用真空管道2内，半拦截式束流探测器3和拦截式束流探测器6均可自动升降，通过联合探测器3和6，进行束流测量。离子束斑监测器4既可以升降又可以旋转，满足不同的实验要求。离子束斑监测器4的外侧装有一CCD离子束斑监示探测器5，用于实时观测束流斑点的形状和均匀性。外部真空腔室14的及拉/压施压传感系统10外侧均接有循环冷却水套13，拉/压施压传感系统10可设置慢速或快速加(或压)力，设定压力值后系统自动加力，并能够限位、自动保护和远程控制。

[0015] 在实验过程中，样品被竖直放置在拉/压样品夹12之间。只要测量到经过半截式离子束流探测器3上的离子流强，就可以获得辐照在样品上的离子流强。样品的高温是通过辐射加热源9辐射加热，设定温度值后系统自动加(或降)温，达到设定值后维持一动态平衡，样品的温度是通过与之相连的温度测量与自动控制系统11测量而而获得。温度测量与自动控制系统11和辐射加热源9联动，保证温度设置及控制。辐射加热源9的外侧设有热辐射屏蔽层8，用于防止热量外泄。样品上的应力是通过拉/压施压传感系统10施加，由拉/压施压传感系统10而测得。