CN102218415B - 一种真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法及装置。采用激光消融的方法清除第一镜上的尘埃杂质沉积层，通过控制激光器的输出能量，使作用于第一镜样品表面的准分子激光束的能量密度处于杂质沉积层的清洗阈值与第一镜表面金属的损伤阈值之间，清除杂质的同时不会伤到第一镜表面金属材料。本发明的真空紫外激光清洗第一镜的方法及装置采用波长为193nm的激光与材料相互作用过程中烧蚀效应小，表面均匀性好，尘埃清洗的干净，效果理想。
Description
技术领域
本发明涉及磁约束聚变装置领域，磁约束聚变装置运行过程中会产生一些杂质，很容易沉积在第一镜表面形成尘埃杂质层，影响光学诊断设备正常工作。本发明尤其涉及一种托卡马克第一镜表面沉积的尘埃杂质层的快速去除，恢复镜面的反射率，且不引进新的杂质的方法及设备。
背景技术
在磁约束聚变研究中，紫外线、可见光、红外线等诊断系统都将通过第一镜观测等离子体，这些等离子体诊断所用的反射镜必须安装在真空室内，直接面对着等离子体。光学诊断需要镜面拥有较为广阔的视角，这样第一镜不得不广角度地暴露给等离子体。在ITER中，第一镜将受到高达500KW·m-2的紫外线和x射线辐射、8W·cm-3的中子辐射以及伽马射线和粒子流的作用。另外它还遭受到来自偏滤器和第一壁材料的沉积污染，造成其光学性能的下降，从而导致诊断工作参数的失实，严重时甚至导致整个测量系统无法工作。在ITER的设计中第一镜要求在各种辐射下保持良好的光学性能，即仍有较高的反射率，能较准确地传达工作参数，因此第一镜受到污染后清洗问题就成为了当前ITER急需解决的课题之一。
从高效清除第一镜表面尘埃杂质层的角度出发，我们需要快速便捷清洗方法，同时不引进新的杂质，并且能够保证清洗处理后的第一镜样品光学参数合格。传统的清洗方法主要有机械清洗法、化学清洗法、超声波清洗法等。工业上这些清洗方法主要是用来清除以锈迹和油脂为主的混有颗粒的表面污染物。但是在磁约束核聚变实验中受到受污染的第一镜清洗过程中，这些清洗技术的应用受到很大的限制。机械清洗法清洗过程中很容易在第一镜样品表面产生划痕，通过原子力显微镜等手段可以观察到这些刮痕深度可能达几十纳米，这种伤害显而易见是不可恢复的，同时机械清洗法对于某些特殊形状的第一镜样品清洗效率更不理想。化学清洗法和超声波清洗法或多或少会引入新的杂质，并且清洗效果并不理想，由于方法自身的局限性这两种清洗方法在清洗过程中并不是局部可控的。核聚变装置运行时腔内温度非常高，化学清洗法和超声波清洗法所引入的杂质及其容易蒸发，给整个可控核聚变装置放电腔室引入新的杂质，使本来就较为复杂的光学分析变得更加困难，严重的话有可能会影响整个装置的运行。
激光技术自20世纪60年代问世以来，已经广泛应用于科学、文教、医疗卫生、工农业、国防等领域。从20世纪80年代起激光清洗理论模型研究开始进入人们视野，随着时代的发展在技术应用方面也取得了一些令人瞩目的进步。
激光消融技术具有传统清洗技术所无法比拟的优势：
1)激光清洗是非接触式的，不会在第一镜表面产生机械划痕。
2)激光清洗可以选择性地清洗第一镜表面的污物，控制好激光能量就可以实现只清除尘埃杂质层，对第一镜表面所镀金属不会产生伤害。
3)能有效清除微米级及更小尺寸的污染微粒。
4)不需要化学溶液，因此没有化学清洗后的残留物，不会对放电腔室产生污染。
5)清除的废料基本上都是固体粉末、体积小、易于收集。
现如今，国内外已有多篇有关激光清洗技术的相关报道，西班牙专利ES2237231A1将激光清洗应用到建筑材料的油漆去除。日本专利JP2004193267A采用脉冲激光清洗装置作用于建筑物水泥表面,去除核电站和微量分析用的核辐射残留。世界知识产权组织公布的WO9007988A将激光清洗应用在艺术品和文物保护方面。欧洲专利EP0792731A2用激光清洗硫化模具,用于橡胶制品尤其汽车轮胎模具,不必解体即可清洗。日本专利JP2002159926A则是侧重于应用在对半导体封装模具的清洗。这些应用在产业上取得的成效是其它清洗方式所无法替代的。同时国内也有相关专利出现，例如《水浴激光消融和激光加工的方法》专利号：03129608，《高压水浴激光消融和加工方法》专利号：200310108772，用于集成电路等微电子基板清洗的专利《瓦级全固态紫外激光清洗机及激光清洗方法》专利号：200810056852，以及针对道路、广告牌等物体表面的污垢进行有效清除的专利《便携式激光清洗系统》专利号：200610065407等。
本专利采用激光消融的方法清除第一镜上的尘埃杂质沉积层，通过控制激光器的输出能量，使作用于第一镜样品表面的准分子激光束的能量密度处于杂质沉积层的清洗阈值与第一镜表面金属的损伤阈值之间，清除杂质的同时不会伤到第一镜表面金属材料。经研究,人们普遍认为清洗机制已知的有4种,热膨胀、烧蚀、光化学分解、能量传输介质爆发性蒸腾,其中热膨胀机制研究较为透彻也和实验符合较好。在激光与尘埃杂质层相互作用过程中，不同频率的激光，清除效果不尽相同，当清洗激光频率越大，单光子能量就越高，清除效率更高。波长为193nm的激光与波长为355nm、532nm、1064nm的激光相比，激光与材料相互作用过程中烧蚀效应更小，对第一镜金属表面的热灼伤效应更小。用上述四个波长的激光做消融实验，在其他实验参数相同的条件下，可以发现193nm激光消融后第一镜样品表面均匀性最好，尘埃清洗的最干净，效果最理想。
发明内容
本发明的目的是提出一种真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法及装置以取代传统第一镜清洗方法的真空紫外激光去除第一镜表面尘埃的方法及装置。
采用的技术方案：提供一种真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法，包括以下步骤：
激光束发射步骤：激光器电源及计算机控制准分子激光器以特定的功率密度、频率输出激光束，所述激光束经石英窗口进入充有氮气的密封光腔传播，然后从密封光腔另一侧石英窗口射出，经可调光阑、真空腔室的石英窗口射入真空腔室，最后通过聚焦透镜聚焦直接加载于安装在工作台上的第一镜表面尘埃层25。
吹送保护气体步骤：与激光束发射步骤同步，计算机通过质量流量计控制模块控制吹气管吹气，控制激光与第一镜表面尘埃层25相互所产生的等离子体羽形状，使等离子体羽向侧方倾斜。
检测进给步骤：当工作台夹带着第一镜11向左做横向运动使真空紫外激光作用点到达第一镜11右侧边框处时，检测激光束经夹具表面反射后不能入射到光电转换模块中，光电转换模块输出电流值为零，这时分析电路根据该信号判断出第一镜11已经运动到边框位置，同时将信号反馈给计算机，相应计算控制系统会发出指令控制可调光阑关闭，清洗激光束被暂时阻断，工作台带动第一镜11上移一个光斑直径的距离，并根据指令使第一镜11向右移动，检测系统继续工作，探测第一镜11表面的反射率，直至清洗激光作用点位于第一镜11左边框处时，检测系统输出的激光会照射在第一镜夹具(第一镜夹具Ⅰ29，第一镜夹具Ⅱ32)上，此时光电探测模块探测不到光信号，输出信号变为零，控制系统根据这一信息断定第一镜11已经运动到合适的位置，计算机发出指令控制工作台带动第一镜11左移一个光斑直径的距离后重新开启可调光阑开始新一行的清洗工作，重复上述过程逐行清洗，当清洗完最后一个点，进给系统带动第一镜11继续上移，然后向右移动，光电转换模块输出电信号为零，进给系统根据程序带动第一镜11继续上移，然后向右移动，光电转换模块输出的电信号仍然为零，计算机根据上述连续为零的检测信号来断定整个清洗任务的完成，然后控制系统控制其他系统停止工作。
其中，所述真空紫外激光清洗第一镜的方法进一步包括：
检测反射率步骤：每个清洗脉冲辐照后，检测激光器发出一束脉冲激光，经第一镜清洗位置反射给光电转换模块转换为电信号，供分析电路换算出真空紫外激光脉冲清洗后的第一镜反射率；如果反射率小于设定阈值，即未达到清洗要求，则继续加载真空紫外激光脉冲，如果反射率大于设定阈值，即达到清洗要求，则分析电路将合格信号反馈给计算机，计算机控制系统控制工作台夹带着第一镜11做进给运动，到达新的位置进行清洗工作。
其中，所述准分子激光器输出的激光束波长为193nm。
本发明另提供了一种真空紫外激光清洗第一镜的装置，所述真空紫外激光清洗第一镜的装置包括控制系统、清洗激光系统、吹气系统、检测系统和机架；控制系统分别与清洗激光系统、吹气系统相连接，根据时序指令，控制清洗激光系统、吹气系统按一定时序协同工作。
所述控制系统包括：计算机、质量流量计控制模块、激光控制系统组成；其作用发出控制时序指令协调各部分系统之间的正常运行；
所述吹气系统由气瓶、质量流量计、吹气管组成，控制系统发出时序指令控制吹气系统以一定流速向激光与材料相互作用区吹入保护气体，控制激光清洗第一镜表面尘埃层25的温度、杂质等离子体羽的方向，保护第一镜11，同时防止激光与材料相互作用过程中蒸发尘埃物质再沉积所造成的二次污染；
所述清洗激光系统由清洗激光器连接入射激光束光路而成，清洗激光器为氟化氩气体准分子激光器，充满氮气的密封光腔将准分子激光器的输出端口与真空腔室的激光输入端口相连接；
所述检测系统由检测激光器、光电转换器、真空电极法兰、分析电路组成；检测激光器根据控制时序，在两次清洗激光脉冲中间空闲时间内发出激光脉冲，探测清洗第一镜11表面反射率，探测激光束经过第一镜11表面后反射到光电转换器中，转换为电信号，通过真空电极法兰传入分析电路，通过换算后得到准分子激光脉冲清洗后的第一镜反射率信息；控制系统可以根据这个信息调整清洗激光束参数，同时控制系统根据反射率信息判断第一镜进给系统做进给运动时是否到达第一镜11边框，当激光束清洗完水平线最后一个点后，进给系统带动第一镜11继续向左移动，这样激光光斑就会照射到第一镜夹具(第一镜夹具Ⅰ29，第一镜夹具Ⅱ32)上，此时没有激光信号能够反射到光电转换器上，采集到的反射率信号降为零，以此判断激光束已经扫描到第一镜11边框，控制系统发出指令使第一镜进给系统夹带第一镜11进行下一行的扫描，当清洗完最后一个点，进给系统带动第一镜11继续上移，然后向右移动，光电转换模块输出电信号为零，进给系统根据程序带动第一镜11继续上移，然后向右移动，光电转换模块输出的电信号仍然为零，计算机根据上述连续为零的检测信号来断定整个清洗任务的完成，然后控制系统控制其他系统停止工作。
所述机架用于将上述各系统连接起来。
其中，所述真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的装置进一步包括：第一镜样品进给系统。
所述第一镜进给系统由驱动模块、导线、真空电极法兰、真空导线、带进给系统的工作台及第一镜组成；带进给系统的工作台由二维步进电机平台、第一镜夹具(第一镜夹具Ⅰ29，第一镜夹具Ⅱ32)，支架，清洗杂质收集装置所组成；第一镜11通过第一镜夹具安装在工作台上的二维步进电机移动平台上，夹具的表面与第一镜表面存在一定角度，供检测分析所用。
其中，所述准分子激光器输出的激光束波长为193nm。
本发明与现有的托卡马克第一镜清洗方法相比，有下列优点：
(1)自动化非接触式清除方式，高效快速，与第一镜表面没有任何接触，在清洗过程中不会产生表面划痕。
(2)激光与尘埃杂质层之间的相互作用可以精确控制，通过程序控制进给系统运动路线可以快速实现特殊形状第一镜的清洗工作。
(3)激光作用机理明显，简洁。采用真空紫外激光作为清洗光源，光子可直接打破分子或晶格之间的结合键，通过热膨胀、烧蚀、光化学分解、等离子体化等作用实现杂质清除。
(4)不需要预处理过程，清洗过程不引入新的杂质。第一镜作为可控核聚变设备诊断装置的一部分，这种清洗方式十分利于第一镜的重复利用。
(5)清除的废料基本上都是固体粉末、体积小、易于收集，方便自动化设备运行。
附图说明
图1本发明具体实施例真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的装置结构示意图。
图2本发明具体实施例真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的装置的进给系统工作台示意图。
图3本发明具体实施例真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法第一镜表面尘埃层薄膜吸收超过其消融剥离阈值能量示意图。
图4本发明具体实施例真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法尘埃层薄膜吸收激光能量进行光化学分解和热分解阶段示意图。
图5本发明具体实施例真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法激光消融产生的杂质等离子体喷射阶段示意图。
图6本发明具体实施例真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法用准分子激光束清洗后第一镜表面的SEM照片(左上部分为清洗后，右下部分为未处理)
附图标识：1、真空腔室；2、真空泵；3、准分子激光器；4、密封光腔；5、6、8、石英窗口；7、可调光阑；9、聚焦透镜；10、聚焦光束；11、第一镜；12、工作台；13、吹气管；14、转接法兰；15、质量流量计；16气瓶；17、真空电极法兰；18、驱动模块；19、质量流量计控制模块；20、计算机；21、检测激光器；22、光电转换模块；23、真空电极法兰；24、分析电路；25、第一镜表面尘埃层；26、第一镜基底；27、等离子体羽；28、吹气管；29、第一镜夹具Ⅰ；30、支架；31、二维步进电机；32、第一镜夹具Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明的原理如下：
该方法的特征在于以连续加载的脉冲真空紫外激光束通过入射激光束光路直接加载于第一镜表面尘埃层25，通过热膨胀、烧蚀、光化学分解、能量传输介质爆发性蒸腾、等离子体化等作用，对第一镜表面尘埃层25进行剥蚀加工，使第一镜表面的尘埃颗粒清洗干净，彻底恢复第一镜的工作参数。同时，进给系统夹带着清洗第一镜按着“E型”路线做进给运动，这样在入射激光束固定的条件下，就可以完成对整个第一镜的清洗工作。
该方法涉及的装置由控制系统、清洗激光系统、第一镜进给系统、吹气系统、检测系统和机架组成。控制系统分别与第一镜进给系统、清洗激光系统、检测系统、吹气系统相连接，根据时序指令，控制上述四个系统按一定时序协同工作。清洗激光系统由清洗激光器连接入射激光束光路而成，清洗激光器为氟化氩气体准分子激光器，输出激光波长为193nm，由于波长为193nm的激光在空气中传播能量损失较大，所以我们用充满氮气的密封光腔将准分子激光器的输出端口与真空腔室激光输入端口相连接，最大限度降低真空紫外激光束的能量损失。第一镜进给系统由夹具、安有二维步进电机的可移动平台组成，将所需要清洗的第一镜安装在夹具上，位于二维步进电机前方。吹气系统由气瓶、质量流量计、吹气管组成，通过向激光与材料相互作用区域吹入保护气体来控制第一镜温度、等离子体羽的喷发形状，达到保护第一镜11的同时防止作用蒸发尘埃物质再沉积对以清洗区域所造成的二次污染的目的。检测系统包括检测用的小功率激光器，光电转化装置，信号分析装置，检测激光器发出激光束照射在刚刚处理过的第一镜表面反射到光电转换装置探头上并转为电信号，然后将电信号传输给信号分析装置，换算出该位置的反射率信息反馈给控制系统。
其工作过程：控制系统控制准分子激光器按着一定频率和功率输出激光脉冲，真空紫外激光束经过光腔两端石英玻璃窗口，可调光阑、真空腔室的石英窗口、聚焦透镜等组成光路直接辐照第一镜表面，开始进行第一镜表面尘埃层25的清洗。同时吹气系统按着控制系统发出的时序指令按特定方向、特定流速吹入保护气体，使激光辐照尘埃层表面所产生的等离子体羽向一侧倾斜，不会对已经清洗干净的第一镜造成二次污染。两次激光清洗脉冲中间空隙，检测系统会测量该清洗点的反光率，如果达到要求，将信号反馈给控制系统控制进给系统夹持第一镜11按着一定运动路线移动，清洗下一个位置的表面尘埃杂质，直至整个第一镜11清洗完毕。
具体实施例：如图1所示，该方法所涉及的系统由清洗激光系统、第一镜进给系统、吹气系统、检测系统、控制系统和机架组成。
其方法为：氟化氩准分子激光器3输出的激光经石英窗口5进入充有氮气的密封光腔4传播，避免准分子激光束能量的耗散，然后从密封光腔另一侧石英窗口6射出，经可调光阑7，真空腔室的石英窗口8射入真空腔室1，最后通过聚焦透镜9聚焦直接加载于安装在工作台12上的第一镜11的尘埃层表面。第一镜11表面在可控核聚变装置运行过程中已经沉积了一层厚度大约1微米的尘埃杂质层。激光器电源及计算机控20控制准分子激光器3以特定的功率密度、频率输出激光束，同时计算机20通过质量流量计控制模块19来控制吹气管13吹气，控制激光与第一镜表面尘埃层25相互作用所产生的等离子体羽形状，使其向右下方倾斜，防止对激光作用点左上方的第一镜表面造成二次污染。每个清洗脉冲辐照后，检测激光器21都要发出一束脉冲激光，经第一镜清洗位置反射给光电转换模块22转换为电信号，供分析电路24换算出真空紫外激光脉冲清洗后的第一镜反射率。如果反射率达不到要求，继续加载真空紫外激光脉冲。如果达到清洗要求分析电路24将合格信号反馈给计算机20，计算机控制系统控制进给系统的工作台12夹带着第一镜11做进给运动，到达新的位置进行清洗工作。当进给系统工作台12夹带着第一镜11向左做横向运动使真空紫外激光作用点到达第一镜11右侧边框处时，检测激光束经夹具表面反射后不能入射到光电转换模块22中，光电转换模块22输出电流值为零，这时信号分析电路24根据该信号判断出第一镜11已经运到边框位置，同时将信号反馈给计算机20。相应计算控制系统会发出指令控制可调光阑7关闭，清洗激光束被暂时阻断。工作台12带动第一镜11上移一个光斑直径的距离，并根据指令并使第一镜11向右移动，检测系统继续工作，探测第一镜11表面的反光率，直至清洗激光作用点位于第一镜11左边框处时，检测系统输出的激光会照射在第一镜夹具32Ⅱ上，此时光电探测模块22探测不到光信号，输出信号变为零，控制系统根据这一信息断定第一镜11已经运动到合适的位置。计算机20发出指令控制工作台12带动第一镜11左移一个光斑直径的距离后重新开启可调光阑7开始新一行的清洗工作。重复上述过程逐行清洗，当清洗完最后一个点，进给系统带动第一镜11继续上移，然后向右移动，光电转换模块22输出电信号为零，进给系统根据程序带动第一镜11继续上移，然后向右移动，光电转换模块22输出的电信号仍然为零，计算机20根据这几个连续为零的检测信号来断定整个清洗任务的完成，然后控制系统控制其他系统停止工作。
第一镜进给系统由驱动模块18，导线，真空电极法兰14，真空导线，带进给系统的工作台12，第一镜11所组成。带进给系统的工作台12(如图2)是由二维步进电机平台31，第一镜夹具29Ⅰ、第一镜夹具32Ⅱ，支架30，清洗杂质收集装置所组成。第一镜11通过夹具29、32安装在工作台12上的二维步进电机移动平台上，夹具的表面与第一镜11表面存在一定角度，供检测分析所用。
检测系统由检测激光器21，光电转换器22，真空电极法兰23，分析电路24所组成。检测系统的主要功能是实时判断该激光清洗点是否清洗干净。检测激光器21，根据控制时序，在两次清洗激光脉冲中间空闲时间内发出激光脉冲，探测清洗第一镜表面反光率，探测激光发出的激光能量较低，不会对第一镜11表面造成影响，探测激光束经过样品11表面后反射到光电转换器22中，转换为电信号，通过真空电极法兰23传入信号分析电路24，通过换算后得到准分子激光脉冲清洗后的第一镜反光率信息。控制系统可以根据这个信息调整清洗激光束参数，同时控制系统还可以根据这个信息判断第一镜进给系统做进给运动时是否到达第一镜11边框，当激光束清洗完水平线最后一个点后，进给系统带动第一镜11继续向左移动，这样检测激光器21所发出的检测激光束就会照射到第一镜夹具Ⅰ29上，此时没有激光信号能够反射到光电转换器22上，所以采集到的反射率信号降为零，以此判断激光束已经扫描到第一镜11边框，控制系统发出指令使第一镜进给系统夹带第一镜11进行下一行的扫描。
吹气系统由气瓶16、质量流量计15、吹气管13组成，控制系统发出时序指令控制吹气系统以一定流速向激光与材料相互作用区吹入保护气体，来控制激光清洗第一镜表面尘埃层25的温度、杂质等离子体羽的方向，来保护第一镜11，同时防止激光与材料相互作用过程中蒸发尘埃物质再沉积所造成的二次污染。
控制系统，由计算机20、进给系统驱动模块18、质量流量计控制模块19、激光控制系统、检测系统中的分析电路24所组成。其作用发出控制时序指令协调各部分系统之间的正常运行。
支架用于将上述各系统连接起来，并起到固定支撑的作用。
图3-图5为真空紫外激光对第一镜表面尘埃层的清洗过程(消融机理)示意图。激光束与尘埃层相互作用过程是在瞬间完成的。由于氟化氩准分子激光器发出193nm真空紫外激光对材料的热灼烧效应小，对周边区域的影响更小，某种程度上昭示了真空紫外激光清洗技术的操控性好，精度高。图3为第一镜样品尘埃杂质层吸收超过其剥离阈值的能量阶段，该能量并不会伤害到尘埃层下面的第一镜表面金属层。图4为尘埃杂质层吸收激光能量后，进行热分解、光化学分解、化学键断裂、分解成“气态”的粉末并电离的过程示意图。图5高温的气态粉末急剧膨胀，爆炸，形成等离子、喷射出杂质层表面的过程示意图。
本发明，可以通过设置检测系统反射率的达标参数来调整清洗效果。如果所清洗的第一镜外形较为规整，可以直接通过程序来规定进给系统的行走路线来取代检测系统判别清洗位置是否超出第一镜边框的步骤，快速完成清洗任务。控制系统的所有指令都是通过计算机程序自动生成，通过输出端口传输给其他系统的。
图6为通过SEM观察到的真空紫外激光清洗效果，左上区域为清洗后的第一镜11，右下部分为未处理的尘埃杂质层形貌。可以发现真空紫外激光处理后的第一镜11上基本没有任何杂质残留，露出了平整均匀的第一镜金属表面。右下部分显示了尘埃杂质层上分布着形貌各异的尘埃杂质。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法，包括以下步骤：
激光束发射步骤：激光器电源及计算机(20)控制准分子激光器(3)以特定的功率密度、频率输出激光束，所述激光束经石英窗口(5)进入充有氮气的密封光腔(4)传播，然后从密封光腔(4)另一侧石英窗口(6)射出，经可调光阑(7)、真空腔室(1)的石英窗口(8)射入真空腔室(1)，最后通过聚焦透镜(9)聚焦直接加载于安装在工作台(12)上的第一镜表面尘埃层(25)，通过热膨胀、烧蚀、光化学分解、能量传输介质爆发性蒸腾、等离子体化作用，对第一镜表面尘埃层(25)进行剥蚀加工，使第一镜表面的尘埃颗粒清洗干净；
吹送保护气体步骤：与激光束发射步骤同步，计算机(20)通过质量流量计控制模块(19)控制吹气管(13)吹气，控制激光与第一镜表面尘埃层(25)相互所产生的等离子体羽形状，使等离子体羽向侧方倾斜；
检测进给步骤：当工作台(12)夹带着第一镜(11)向左做横向运动使真空紫外激光作用点到达第一镜(11)右侧边框处时，检测激光束经夹具表面反射后不能入射到光电转换模块(22)中，光电转换模块(22)输出电流值为零，这时分析电路(24)根据该信号判断出第一镜(11)已经运动到边框位置，同时将信号反馈给计算机(20)，相应计算控制系统会发出指令控制可调光阑(7)关闭，清洗激光束被暂时阻断，工作台(12)带动第一镜(11)上移一个光斑直径的距离，并根据指令使第一镜(11)向右移动，检测系统继续工作，探测第一镜表面的反射率，直至清洗激光作用点位于第一镜(11)左边框处时，检测系统输出的激光会照射在第一镜夹具上，此时光电探测模块(22)探测不到光信号，输出信号变为零，控制系统根据这一信息断定第一镜(11)已经运动到合适的位置，计算机(20)发出指令控制工作台(12)带动第一镜(11)左移一个光斑直径的距离后重新开启可调光阑(7)开始新一行的清洗工作，重复上述过程逐行清洗，当清洗完最后一个点，进给系统带动第一镜(11)继续上移，然后向右移动，光电转换模块(22)输出电信号为零，进给系统根据程序带动第一镜(11)继续上移，然后向右移动，光电转换模块(22)输出的电信号仍然为零，计算机(20)根据上述连续为零的检测信号来断定整个清洗任务的完成，然后控制系统控制其他系统停止工作。
2.根据权利要求1所述的真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法，其特征在于，所述真空紫外激光清洗第一镜的方法进一步包括：
检测反射率步骤：每个清洗脉冲辐照后，检测激光器(21)发出一束脉冲激光，经第一镜清洗位置反射给光电转换模块(22)转换为电信号，供分析电路(24)换算出真空紫外激光脉冲清洗后的第一镜反射率；如果反射率小于设定阈值，即未达到清洗要求，则继续加载真空紫外激光脉冲，如果反射率大于设定阈值，即达到清洗要求，则分析电路(24)将合格信号反馈给计算机(20)，计算机(20)控制系统控制工作台(12)夹带着第一镜(11)做进给运动，到达新的位置进行清洗工作。
3.根据权利要求1所述的真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的方法，其特征在于，所述准分子激光器(3)输出的激光束波长为193nm。
4.一种真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的装置，其特征在于，所述真空紫外激光清洗第一镜的装置包括控制系统、清洗激光系统、吹气系统、检测系统和机架；控制系统分别与清洗激光系统、吹气系统相连接，根据时序指令，控制清洗激光系统、吹气系统按一定时序协同工作；
所述控制系统包括：计算机(20)、质量流量计控制模块(19)、激光控制系统组成；其作用发出控制时序指令协调各部分系统之间的正常运行；
所述吹气系统由气瓶(16)、质量流量计(15)、吹气管(13)组成，控制系统发出时序指令控制吹气系统以一定流速向激光与材料相互作用区吹入保护气体，控制激光清洗第一镜表面尘埃层(25)的温度、杂质等离子体羽的方向，保护第一镜，同时防止激光与材料相互作用过程中蒸发尘埃物质再沉积所造成的二次污染；
所述清洗激光系统由清洗激光器连接入射激光束光路而成，清洗激光器为氟化氩气体准分子激光器(3)，充满氮气的密封光腔(4)将准分子激光器(3)的输出端口与真空腔室(1)的激光输入端口相连接；
所述检测系统由检测激光器(21)、光电转换器(22)、真空电极法兰(23)、分析电路(24)组成；检测激光器(21)根据控制时序，在两次清洗激光脉冲中间空闲时间内发出激光脉冲，探测清洗第一镜(11)表面反射率，探测激光束经过第一镜(11)表面后反射到光电转换器(22)中，转换为电信号，通过真空电极法兰(23)传入分析电路(24)，通过换算后得到准分子激光脉冲清洗后的第一镜反射率信息；控制系统可以根据这个信息调整清洗激光束参数，同时控制系统根据反射率信息判断第一镜进给系统做进给运动时是否到达第一镜(11)边框，当激光束清洗完水平线最后一个点后，进给系统带动第一镜(11)继续向左移动，这样激光光斑就会照射到第一镜夹具Ⅰ(29)上，此时没有激光信号能够反射到光电转换器(22)上，采集到的反射率信号降为零，以此判断激光束已经扫描到第一镜(11)边框，控制系统发出指令使第一镜进给系统夹带第一镜(11)进行下一行的扫描，当清洗完最后一个点，进给系统带动第一镜(11)继续上移，然后向右移动，光电转换模块(22)输出电信号为零，进给系统根据程序带动第一镜(11)继续上移，然后向右移动，光电转换模块(22)输出的电信号仍然为零，计算机(20)根据上述连续为零的检测信号来断定整个清洗任务的完成，然后控制系统控制其他系统停止工作；
所述机架用于将上述各系统连接起来。
5.根据权利要求4所述的真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的装置，其特征在于，所述真空紫外激光清洗第一镜的装置进一步包括：第一镜进给系统；
所述第一镜进给系统由驱动模块(18)、导线、真空电极法兰(14)、真空导线、带进给系统的工作台(12)及第一镜(11)组成；带进给系统的工作台(12)由二维步进电机平台(31)，第一镜夹具Ⅰ(29)，第一镜夹具Ⅱ(32)，支架(30)，清洗杂质收集装置所组成；第一镜(11)通过第一镜夹具Ⅰ(29)、第一镜夹具Ⅱ(32)安装在工作台(12)上的二维步进电机移动平台上，夹具的表面与第一镜(11)表面存在一定角度，供检测分析所用。
6.根据权利要求4所述的真空紫外激光清洗托卡马克第一镜的装置，其特征在于，所述准分子激光器(3)输出的激光束波长为193nm。
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