CN110208311A - 基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置 - Google Patents

基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置。该方法是利用加速器产生载能离子对阻氚涂层样品进行辐照；气体注入系统将气体介质输入气体注入法兰对阻氚涂层样品进行渗透；温控系统控制加热台对阻氚涂层样品进行热循环；再由计算机程控系统处理。该装置包括静电串列加速器、真空室、红外测温仪、样品台、气体注入系统、温控系统、计算机程控系统及各信号传输线；实现对阻氚涂层多场耦合性能测试。本发明测试方法与测试装置，能对聚变堆阻氚涂层样品实现离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能测试；从而更加可靠和准确的评价阻氚涂层在实际工况服役性能，具有研究与实际应用价值。

Description

基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其 测试装置
技术领域
本发明属于聚变堆材料研究与应用领域，具体涉及一种基于加速器离子辐照的聚变堆阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置。
背景技术
防氚渗透和氚安全防护是聚变堆氚增殖包层设计亟待解决的重要技术，为有效解决氚渗透带来的难题，需要在氚回路结构材料的表面涂敷阻氚涂层。与氚分离、纯化等堆外氚回路系统相比，聚变堆包层中的阻氚涂层靠近等离子体区，工况最复杂、苛刻，在高温、辐照、含氢气体介质等多场耦合工况服役，极易发生失效。目前，聚变堆包层阻氚涂层性能的测试技术已成为了聚变堆材料研究领域的关键瓶颈技术之一。
一直以来，测试聚变堆阻氚涂层性能主要采用分离式的测试评价方法，即对阻氚涂层的抗辐照、耐高温、阻氢同位素渗透等性能进行独立评价。例如，仅采用氚渗透测量装置考察阻氚涂层的氢同位素渗透性能，或者采用加热炉测试阻氚涂层抗高温热冲击性能等。但是，聚变堆包层中的阻氚涂层是在高温、辐照、含氢气体渗透等的协同作用下服役，这些分离式测试方法因而难以可靠和准确反映出涂层的真实工况性能。尤其是，以往对涂层的抗辐照性能研究较少，没有考察辐照对涂层性能的协同效应，从而会对涂层实际工况性能产生严重误判。鉴于此，开发阻氚涂层的多场耦合性能测试方法与测试装置具有十分重要的科学与工程意义。
对聚变堆阻氚涂层进行多场耦合性能测试，通常可以采用两类装置，一种是利用中子辐照的裂变反应堆对阻氚涂层的多场耦合性能进行测试，另一种是利用离子辐照的粒子加速器对阻氚涂层的多场耦合性能进行测试。相对于裂变反应堆，采用基于粒子加速器的测试方法，具有耗时短、成本低、辐照损伤程度可控、其装置设计更简单灵活等优点，从而更利于对阻氚涂层进行多场耦合性能测试。目前，仅有少数研究者利用粒子加速器开展过对阻氚涂层的抗离子辐照性能研究，如利用H+、He+离子对Al2O3阻氚涂层进行辐照性能评价。但值得强调的是，国内外至今还没有研究者利用粒子加速器对阻氚涂层进行过多场耦合性能的测试，也没有相应的测试方法与测试装置，更没有结合实际工况性能要求，开展过离子辐照+热循环+气体渗透的阻氚涂层多场耦合性能测试。
发明内容
本发明的目的就是针对聚变堆阻氚涂层多场耦合性能测试技术尚处空白的现状，提供一种基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法；以及提供实现该测试方法的测试装置。所述的测试方法及其装置实现了阻氚涂层多场耦合性能测试，从而使能更加可靠与准确地评价聚变堆阻氚涂层的实际工况服役性能；使能对测试参数进行独立调控；以及使能对更加广泛工况环境条件下服役的聚变堆阻氚涂层的性能测试；并具有研究与实际应用价值。
为实现上述发明目的，本发明采用由以下技术措施构成的技术方案来实现。
本发明所述一种基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法，包括以下步骤：
(1)首先制备阻氚涂层样品，将阻氚涂层涂覆在不锈钢基片中的一个表面上，而不锈钢基片的另一个表面没有涂层，即制得由阻氚涂层与不锈钢基片两部分组成的阻氚涂层样品；
(2)将阻氚涂层样品用螺栓固定在加热台上的样品槽中，并将阻氚涂层样品中无涂层的不锈钢基片的一个表面与样品槽底面紧密接触，确保传热；
(3)将连接着热电偶测温数据信号传输线的热电偶焊接在阻氚涂层样品中有阻氚涂层的不锈钢基片的一个表面，用于实时测量阻氚涂层样品温度；
(4)将真空隔离膜装入真空隔离法兰中，确保真空隔离膜的气密性，以阻止气体注入法兰中的气体介质进入真空室；
(5)依次将真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰与加热台进行连接，组装成样品台，并确保上述各部件连接的气密性；
(6)将组装好的样品台安装到真空室上的样品台窗口，保持其气密性，并对真空室抽真空备用；
(7)当真空室抽气达到设定真空度时，对阻氚涂层样品进行离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能测试；其中离子辐照、热循环与气体渗透的测试参数可以独立控制，并且同时加载到阻氚涂层样品上；
(8)启动静电串列加速器，其产生的载能离子依次穿过束流管道、真空室、真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰，最后对阻氚涂层样品进行辐照；同时，打开红外测温仪监控真空隔离膜的温度，将测得的温度数据通过红外测温仪数据信号传输线传输到计算机程控系统；
所述辐照离子的种类、能量、注入量等离子辐照参数通过静电串列加速器中的程控系统进行设定；
(9)打开计算机程控系统，对注入气体的类型、流量参数、阻氚涂层样品的加热温度、保温时间、循环加热次数等各参数通过计算机程控系统进行设定；
(10)当各参数达到预先设定的测试参数后进行测试，测试完毕关闭静电串列加速器与计算机程控系统，取出阻氚涂层样品即可。
进一步地，所述静电串列加速器产生的离子种类至少包含H+、He+两种离子、加速管端电压≥1.5MeV、离子束流强度≥10μA；所述真空室的工作真空度≤1×10-3Pa。
本发明依据上述的基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法，提供一种实现该方法的测试装置，包括静电串列加速器、离子束流管道、真空室、红外测温仪、样品台、气体注入系统、温控系统、计算机程控系统、红外测温仪数据信号传输线、气体注入参数信号传输线、气体注入管道和气体排出管道、加热功率参数信号传输线、加热电缆线、以及热电偶测温数据信号传输线；所述红外测温仪安装在真空室外部，红外测温仪通过红外测温仪数据信号传输线与计算机程控系统连接；在真空室样品台窗口安装样品台，样品台通过热电偶测温数据信号传输线与计算机程控系统连接；所述气体注入系统一端通过气体注入管道与样品台连接，样品台连接的气体排出管道与大气相通；气体注入系统另一端通过气体注入参数信号传输线连接计算机程控系统；所述温控系统一端通过加热电缆线与样品台连接，另一端通过加热功率参数信号传输线连接计算机程控系统。
进一步地，所述样品台依次由真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰和加热台连接组装；所述真空室接口法兰连接真空室与真空隔离法兰；真空室、真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰以及加热台之间采用螺栓固定连接、并用橡胶圈密封，以保持它们的气密性。
更进一步地，所述真空隔离法兰由第一子真空隔离法兰和第二子真空隔离法兰对称构成，在两个子真空隔离法兰间固定着真空隔离膜；所述真空隔离膜的直径大于所用橡胶圈直径。
更进一步地，所述气体注入法兰上布置有进气口与排气口，所述进气口与气体注入管道连接，所述排气口与气体排出管道连接。
再进一步地，所述真空隔离膜为钛、不锈钢、锆合金箔片材料制作成；其厚度为20～100微米。
再进一步地，所述样品台中的加热台包括不锈钢筒体，隔热套，热电偶，电阻加热棒，铜传热台及样品槽；所述不锈钢筒体为中空圆筒，其端面的一段焊接铜传热台，端面另一段内部布置电阻加热棒与隔热套，电阻加热棒端面直接接触到铜传热台，且被隔热套包围；铜传热台端面中心布置样品槽，并用螺栓将阻氚涂层样品固定在样品槽中，阻氚涂层样品的涂层表面正对离子束入射方向。
更进一步地，所述热电偶与阻氚涂层样品的涂层表面相接触；热电偶通过热电偶测温数据信号传输线与计算机程控系统连接；将热电偶测量到的阻氚涂层样品的温度，由计算机程控系统向样品台发送指令信号。
更进一步地，所述温控系统使用一电阻功率调控器，所述电阻功率调控器通过加热电缆线与样品台中的电阻加热棒连接；计算机程控系统通过加热功率参数信号传输线向电阻功率调控器发送指令信号，控制其加热功率。
更进一步地，所述气体注入系统包括盛装不同气体介质的第一高压气瓶、第二高压气瓶、第三高压气瓶和一个混气罐，各高压气瓶出气管上分别安装的第一流量控制计、第二流量控制计、第三流量控制计和混气罐的出气管上安装连接的总流量控制计，各高压气瓶出气管上的流量控制计均与混气罐进气管连接，并通过气体注入参数信号传输线连接计算机程控系统；而总流量控制计与气体注入管道连接，通过气体注入管道与样品台连接；同时总流量控制计通过气体注入参数信号传输线与连接的计算机程控系统向总流量控制计发送指令信号。
本发明所述计算机程控系统为商用的计算机，采用自编程序实现阻氚涂层测试参数的设定与调控，并用于接收信号，计算机程控系统通过红外测温仪数据信号传输线获得红外测温仪测量的温度。
本发明提供的基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置对阻氚涂层多场耦合性能进行测试的基本原理是：利用静电串列加速器产生的载能离子对阻氚涂层样品进行辐照。测试过程中，被辐照的阻氚涂层样品将同时受到三方面的共同作用：一是静电串列加速器产生的离子辐照；二是气体注入系统产生的气体介质渗透；三是温控系统产生的热循环。所述静电串列加速器发射出的离子经束流管道入射到真空室样品台窗口安装的样品台中阻氚涂层样品上，然后由样品台连接的红外测温仪测量的真空隔离膜的温度，通过红外测温仪数据信号传输线传送到计算机程控系统；所述气体注入系统通过气体注入管道连接到样品台，通过气体注入参数信号传输线发送指令信号，气体注入系统收到指令信号后，通过气体注入管道向气体注入法兰输入气体介质，对阻氚涂层样品进行气体渗透，之后气体经过气体排出管道释放到外部的大气环境，同时将气体注入系统产生的气体介质渗透测量数据通过气体注入参数信号传输线向流量控制计发送指令信号并将指令信号传送到计算机程控系统；所述温控系统通过加热电缆线连接到样品台，温控系统控制样品台中的加热台对阻氚涂层样品进行热循环，通过加热功率参数信号传输线发送指令信号，温控系统收到指令信号后，通过加热电缆线对电阻加热棒升温，之后经过加热台的铜传热台对阻氚涂层样品进行加热循环；同时，由热电偶测量阻氚涂层样品温度，并将测量的温度数据通过热电偶测温数据信号传输线反馈给计算机程控系统；打开商用的计算机程控系统，计算机程控系统通过连接的各数据信号传输线将测得的各数据传送到计算机程控系统处理；以实现对聚变堆阻氚涂层样品进行离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能的测试。
本发明所述的基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置具有的优点及有益的技术效果如下：
(1)本发明所述的测试方法及其测试装置，实现了对聚变堆阻氚涂层样品进行离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能测试。测试过程中，阻氚涂层样品将同时受到三方面的共同作用：一是静电串列加速器产生的离子辐照；二是气体注入系统产生的气体介质渗透；三是温控系统产生的热循环。相比于目前传统的聚变堆阻氚涂层性能测量技术，本发明所述的测试方法及其测试装置，实现了聚变堆阻氚涂层多场耦合性能的测试，同时能对更加广泛的工况环境条件下服役的聚变堆阻氚涂层多场耦合性能进行测试；从而更加可靠地、准确地评价聚变堆阻氚涂层的实际工况服役性能。
(2)本发明所述的测试方法及其测试装置，在测试过程中，离子辐照、热循环与气体渗透的测试参数能够独立调控。辐照离子的种类、能量、注入量等参数由静电串列加速器中的程序控制系统设定；渗透气体介质的类型、流量等参数由计算机程控系统设定；阻氚涂层样品的加热温度、保温时间、循环加热次数等参数同样由计算机程控系统设定。
(3)本发明所述的测试方法及其测试装置，采用了多套法兰组装的样品台，能够实现真空、气体介质、热场的有效隔离。真空隔离法兰中的真空隔离膜起到隔离真空环境与渗透气体介质的作用，既确保了静电串列加速器管道要求的真空度要求，也实现了对阻氚涂层样品进行渗透性能的测试；加热台与真空隔离法兰、气体注入法兰分离，仅对阻氚涂层样品加热，这样不会对测试装置中其它部件产生热效应。
(4)本发明所述的测试方法及其测试装置，通过静电串列加速器中程序控制系统与计算机程控系统进行测试参数的设定，同时也能根据测量的温度、流量等数据反馈信号进行测试参数的调控，具备自动化控制特征，不仅方便工作人员进行操作，也能实现对各种测量参数进行独立和精确的控制。
附图说明
图1本发明所述的基于加速器离子辐照的聚变堆阻氚涂层多场耦合性能测试方法提供的测试装置的整体结构示意图；
图2本发明图1中所述样品台的展开结构示意图；
图3本发明图1中所述气体注入系统的展开结构示意图。
图中，1—静电串列加速器；2—离子束流管道；3—真空室；4—红外测温仪；5—样品台；6—气体注入系统；7—温控系统；8—计算机程控系统；9—红外测温仪数据信号传输线；10—气体注入参数信号传输线；11—气体注入管道；12—气体排出管道；13—加热功率参数信号传输线；14—加热电缆线；15—热电偶测温数据信号传输线；16—真空室接口法兰；17—真空隔离法兰；17-1；17-2；18—真空隔离膜；19—气体注入法兰；20—进气口；21—出气口；22—加热台；23—热电偶；24—电阻加热棒；25—不锈钢筒体；26—隔热套；27—铜传热台；28—样品槽；29—离子束流；30—阻氚涂层样品；31—第一高压气瓶；32—第二高压气瓶；33—第三高压气瓶；34—第一流量控制计；35—第二流量控制计；36—第三流量控制计；37—混气罐；38—总流量控制计。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，显然，所描述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明公开的内容，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下还可以通过实施例的方式实施本发明，这些实施例的实施方式均属于本发明所保护的范围。
本发明所述的一种基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能的测试装置，其整体结构如图1所示，包括静电串列加速器1、离子束流管道2、真空室3、红外测温仪4、样品台5、气体注入系统6、温控系统7、计算机程控系统8、红外测温仪数据信号传输线9、气体注入参数信号传输线10、气体注入管道11和气体排出管道12、加热功率参数信号传输线13、加热电缆线14以及热电偶测温数据信号传输线15；在所述真空室3样品台窗口安装样品台5，样品台5通过热电偶测温数据信号传输线15与计算机程控系统8连接；所述红外测温仪4安装在离子束流管道2终端的真空室3外部，通过其真空室窗口监测真空隔离膜的温度，并通过红外测温仪数据信号传输线9将测得的温度数据传输到计算机程控系统8；所述气体注入系统6一端通过气体注入管道11与样品台5连接，样品台5连接的气体排出管道12与大气相通；气体注入系统6另一端通过气体注入参数信号传输线10连接计算机程控系统8；所述温控系统7实际上为一电阻功率调控器，其一端通过加热电缆线14与样品台5连接，另一端通过加热功率参数信号传输线13连接计算机程控系统8；计算机程控系统通过加热功率参数信号传输线13向温控系统7发送指令信号，控制其加热功率；所述计算机程控系统8为商用的计算机，采用自编程序实现阻氚涂层30测试参数的设定与调控，并用于接收信号，计算机程控系统8通过红外测温仪数据信号传输线9获得红外测温仪4测量的真空隔离膜18的温度。
所述静电串列加速器1将辐照离子引出到离子束流管道2。
图2中，所述样品台5包括真空室接口法兰16、真空隔离法兰17、气体注入法兰19以及加热台20；所述真空室接口法兰16用于连接真空室3与真空隔离法兰17；真空室、真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰以及加热台之间采用螺栓固定连接、并用橡胶圈密封，保持它们的气密性。
所述真空隔离法兰17由第一子真空隔离法兰17-1和第二子真空隔离法兰17-2对称构成，在两个子真空隔离法兰间固定着真空隔离膜18；所述真空隔离膜18的直径大于所用密封橡胶圈直径；所述气体注入法兰19，其上布置有进气口20与排气口21，所述进气口20与气体注入管道11连接，所述排气口21与气体排出管道12连接。
所述样品台5中的加热台22包括不锈钢筒体25，隔热套26，热电偶23，电阻加热棒24，铜传热台27及样品槽28；所述不锈钢筒体25为中空圆筒，其端面的一段焊接铜传热台27，其端面另一段内部布置电阻加热棒24与隔热套26，电阻加热棒24端面直接接触到铜传热台27，且被隔热套26包围；铜传热台27的端面中心布置样品槽28，并用螺栓将阻氚涂层样品30固定在样品槽28中，且阻氚涂层样品30的涂层表面正对离子束29入射方向；所述热电偶23与阻氚涂层样品30的涂层表面相接触；热电偶23通过热电偶测温数据信号传输线15与计算机程控系统8连接；将热电偶测量到的阻氚涂层样品的温度，由计算机程控系统向样品台发送指令信号。
所述温控系统7使用电阻功率调控器，所述温控系统7通过加热电缆线14与样品台5中的电阻加热棒24连接；计算机程控系统8通过加热功率参数信号传输线13向电阻功率调控器发送指令信号，控制其加热功率。
图3中，所述气体注入系统6包括盛装不同气体介质的第一高压气瓶31、第二高压气瓶32、第三高压气瓶33和一个混气罐37，第一高压气瓶31、第二高压气瓶32和第三高压气瓶33的出气管上分别安装的第一流量控制计34、第二流量控制计35、第三流量控制计36和混气罐37出气管上安装连接的总流量控制计38；第一流量控制计、第二流量控制计和第三流量控制计均与混气罐37进气管连接，并通过气体注入参数信号传输线10连接到计算机程控系统8；所述总流量控制计38与气体注入管道11连接，通过气体注入管道11连接到样品台5；同时气体注入系统中总流量控制计通过气体注入参数信号传输线10与连接的计算机程控系统8向总流量控制计38发送指令信号。
而计算机程控系统8通过热电偶测温数据信号传输线15获得热电偶23测量的阻氚涂层样品30的温度，通过加热功率参数信号传输线13向温控系统7发送指令信号；通过气体注入参数信号传输线10向第一高压气瓶31、第二高压气瓶32、第三高压气瓶33和混气罐37分别连接的第一流量控制计34、第二流量控制计35、第三流量控制计36和总流量控制计38发送指令信号。
实施例
本实施例采用上述的测试装置用于所述一种基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能的测试方法，其操作步骤按照前面所述步骤进行。
本实施例中，所用静电串列加速器1为荷兰高压工程公司(HVEE)的2×3MV静电串列加速器；
所用红外测温仪4由FLIR公司提供，产品型号是A655sc，其测温范围为室温至1000℃；
所用温控系统7采用国产商用的电阻功率调控器，其额定功率10kW，用于控制电阻输出功率对电阻加热棒24加热，其最高温度可达800℃；
所用气体注入系统6中的第一高压气瓶31装有H2气，第二高压气瓶32装有He气，第三高压气瓶33装有D2气；
所用第一流量控制计34、第二流量控制计35、第三流量控制计36、以及总流量控制计38的流量可调节范围均为0～100sccm；
所用气体注入管道11与气体排出管道12的内径均为0.5cm；
所用样品台5的真空室接口法兰16、真空隔离法兰17、气体注入法兰19的内径均为10cm、外径均为20cm，真空室接口法兰16的长度为3cm、由第一子真空隔离法兰17-1和第二子真空隔离法兰17-2构成的真空隔离法兰17和气体注入法兰19的长度均为5cm；
所用真空隔离膜18为钛金属箔片，其直径为15cm、厚度为100μm；
所用样品台5的加热台22中的不锈钢筒体25外径为20cm、长度为20cm，其焊接铜传热台27一段的内径为8cm，放置电阻加热棒一段的内径为5cm；
所用不锈钢筒体25中铜传热台27的直径为8cm、厚度为1cm，铜传热台27端面的样品槽直径为4cm，深度为0.2cm；
所用热电偶23采用国产商用的铂铑贵金属热电偶；
所用计算机程控系统8为商用的计算机与信号传输线路的转换部件，采用自编程序SCU-STITH进行计算机程控系统控制。
所用聚变堆阻氚涂层样品30为Al2O3涂层/CLF钢的体系，样品直径为2cm、总厚度为0.2cm，其中Al2O3涂层厚度为10μm。
本实施例测试前，按照图1～图3安装好各部件，其具体测试步骤如下：
(1)首先将直径为2cm、厚度为0.2cm的CLF钢基片进行双面抛光、清洗，再采用磁控溅射镀膜工艺在CLF钢基片上制备厚度为10μm的Al2O3涂层，获得测试所需的阻氚涂层样品30；
(2)将制备的阻氚涂层样品30用螺栓固定在加热台22上的样品槽28中，将阻氚涂层样品30无涂层一侧的CLF钢表面与样品槽28底面压紧；
(3)将连接着热电偶测温数据信号传输线15的热电偶23焊接在阻氚涂层样品30中的Al2O3涂层表面；
(4)将材质为钛金属、直径为15cm、厚度为100μm的真空隔离膜18装入真空隔离法兰17中，即放置在第一子真空隔离法兰17-1和第二子真空隔离法兰17-2之间，并压紧保持其气密性；
(5)依次将真空室接口法兰16、真空隔离法兰17、气体注入法兰19与加热台22，用螺栓固定、橡胶圈密封的方式进行连接密封，组装成样品台5，并保持其气密性；
(6)用螺栓固定、橡胶圈密封的方式将样品台5安装到真空室3的样品台窗口，并对真空室3抽真空；
(7)当真空室3的真空度小于1×10-3Pa时，即开始对阻氚涂层样品30进行离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能测试；
(8)首先，启动2×3MV静电串列加速器1，利用产生的H+离子对阻氚涂层样品30进行辐照，并利用离子能量为3MeV、束流强度为40μA；同时，打开红外测温仪4测量真空隔离膜18的温度，将测得的温度数据通过热电偶测温数据信号传输线15传输到计算机程控系统8；
(9)同时，打开计算机程控系统8，将第一高压气瓶31中H2、第二高压气瓶32中He、、第三高压气瓶33中D2分别注入混气罐37中得混合气体，其中，H2气流量为1sccm、He气流量为10sccm、D2气流量为2sccm；上述参数值通过注入气体参数信号传输线10发送给气体注入系统6，由此，H2+He+D2混合气介质通过气体注入管道11向气体注入法兰19输入，对阻氚涂层样品30进行气体渗透，之后经过气体排出管道12排放到大气中；
(10)打开计算机程控系统8，设定加热温度为500℃、升温速率为10℃/min、保温时间为10min，然后自然冷却至100℃、循环次数为5次；上述设定的参数值通过加热功率参数信号传输线13发送到温控系统7，并通过加热电缆线14对电阻加热棒24升温；同时，热电偶23实时测量阻氚涂层样品30的温度，并将测量的温度数据通过热电偶测温数据信号传输线15反馈到计算机程控系统8；
(11)当完成了上述所有的测试后，关闭2×3MV静电串列加速器1、计算机程控系统8、将真空室3进行放气、并取出阻氚涂层样品30；即完成静电串列加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能的测试。
通过本实施例实现了加速器对聚变堆阻氚涂层样品进行的离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能测试；由此能对更广泛的工况环境条件下服役的聚变堆阻氚涂层多场耦合性能进行测试；从而更加可靠地、准确地评价聚变堆阻氚涂层的实际工况服役性能；同时通过加速器中程序控制系统与计算机程控系统进行测试参数的设定，也能根据测量的温度、流量等数据反馈信号进行测试参数的调控，具备自动化控制特征，不仅方便工作人员进行操作，也能实现对各种测量参数进行独立和精确的控制。
显然，以上所述实施例仅是本发明所述基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法及其测试装置的一部分具体应用示例，并非详尽无遗或限制于上述的实施例；基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)首先制备阻氚涂层样品，将阻氚涂层涂覆在不锈钢基片中的一个表面上，而不锈钢基片的另一个表面没有涂层，即制得由阻氚涂层与不锈钢基片两部分组成的阻氚涂层样品；
(2)将阻氚涂层样品用螺栓固定在加热台上的样品槽中，并将阻氚涂层样品中无涂层的不锈钢基片的一个表面与样品槽底面紧密接触，确保传热；
(3)将连接着热电偶测温数据信号传输线的热电偶焊接在阻氚涂层样品中有阻氚涂层的不锈钢基片的一个表面，用于实时测量阻氚涂层样品温度；
(4)将真空隔离膜装入真空隔离法兰中，确保真空隔离膜的气密性，以阻止气体注入法兰中的气体介质进入真空室；
(5)依次将真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰与加热台进行连接，组装成样品台，并确保上述各部件连接的气密性；
(6)将组装好的样品台安装到真空室上的样品台窗口，保持其气密性，并对真空室抽真空备用；
(7)当真空室抽气达到设定真空度时，即对阻氚涂层样品进行离子辐照、热循环与气体渗透的多场耦合性能测试；其中离子辐照、热循环与气体渗透的测试参数可以独立控制，并且同时加载到阻氚涂层样品上；
(8)启动静电串列加速器，其产生的载能离子依次穿过束流管道、真空室、真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰，最后对阻氚涂层样品进行辐照；同时，打开红外测温仪监控真空隔离膜的温度，将测得的温度数据通过红外测温仪数据信号传输线传输到计算机程控系统；
所述辐照离子的种类、能量、注入量等离子辐照参数通过静电串列加速器中的程控系统进行设定；
(9)打开计算机程控系统，对注入气体的类型、流量参数、阻氚涂层样品的加热温度、保温时间、循环加热次数各参数通过计算机程控系统进行设定；
(10)当各参数达到预先设定的测试参数后进行测试，测试完毕关闭静电串列加速器与计算机程控系统，取出阻氚涂层样品完成测试；
所述静电串列加速器产生的离子种类至少包含H+、He+两种离子、加速管端电压≥1.5MeV、离子束流强度≥10μA；所述真空室的工作真空度≤1×10-3Pa。
2.根据权利要求1所述基于加速器离子辐照的阻氚涂层多场耦合性能测试方法提供的测试装置，其特征在于包括静电串列加速器(1)、离子束流管道(2)、真空室(3)、红外测温仪(4)、样品台(5)、气体注入系统(6)、温控系统(7)、计算机程控系统(8)、红外测温仪数据信号传输线(9)、气体注入参数信号传输线(10)、气体注入管道(11)和气体排出管道(12)、加热功率参数信号传输线(13)、加热电缆线(14)以及热电偶测温数据信号传输线(15)；所述红外测温仪安装在离子束流管道(2)终端的真空室外部，红外测温仪通过红外测温仪数据信号传输线与计算机程控系统连接；在真空室样品台窗口安装样品台，样品台通过热电偶测温数据信号传输线与计算机程控系统连接；所述气体注入系统一端通过气体注入管道与样品台连接，样品台连接的气体排出管道与大气相通；气体注入系统另一端通过气体注入参数信号传输线与计算机程控系统连接；所述温控系统一端通过加热电缆线与样品台连接，另一端通过加热功率参数信号传输线与计算机程控系统连接。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于所述样品台(5)依次包括由真空室接口法兰(16)、真空隔离法兰(17)、气体注入法兰(19)和加热台(20)连接组装；所述真空室接口法兰(16)连接真空室(3)和真空隔离法兰(17)；真空室、真空室接口法兰、真空隔离法兰、气体注入法兰以及加热台之间均采用螺栓固定连接、并用橡胶圈密封，保持它们的气密性。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于所述真空隔离法兰(17)由第一子真空隔离法兰(17-1)和第二子真空隔离法兰(17-2)对称构成，在两个子真空隔离法兰间固定着真空隔离膜(18)；所述真空隔离膜的直径大于所述橡胶圈直径。
5.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于所述气体注入法兰(19)上布置有进气口(20)与排气口(21)，所述进气口(20)与气体注入管道(11)连接，所述排气口(21)与气体排出管道(12)连接。
6.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于所述真空隔离膜(18)为钛、不锈钢、锆合金箔片材料制作成；其厚度在20～100微米之间。
7.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于所述样品台(5)中的加热台(22)包括不锈钢筒体(25)，隔热套(26)，热电偶(23)，电阻加热棒(24)，铜传热台(27)及样品槽(28)；所述不锈钢筒体为中空圆筒，其端面的一段焊接铜传热台，端面另一段内部布置电阻加热棒与隔热套，电阻加热棒端面直接接触到铜传热台，且被隔热套包围；铜传热台端面中心布置样品槽，并用螺栓将阻氚涂层样品(30)固定在样品槽中，将阻氚涂层样品的涂层表面正对离子束入射方向。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于所述热电偶(23)与阻氚涂层样品(30)的涂层表面相接触；热电偶通过热电偶测温数据信号传输线(15)与计算机程控系统(8)连接；将热电偶测量到的阻氚涂层样品的温度，由计算机程控系统向样品台发送指令信号。
9.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于所述温控系统(7)使用一电阻功率调控器，所述电阻功率调控器通过加热电缆线(14)与加热台(22)中的电阻加热棒(24)连接；计算机程控系统通过加热功率参数信号传输线(13)向电阻功率调控器发送指令信号，控制其加热功率。
10.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于所述气体注入系统(6)包括盛装不同气体介质的第一高压气瓶(31)、第二高压气瓶(32)、第三高压气瓶(33)和一个混气罐(37)，各高压气瓶出气管上分别安装连接的第一流量控制计(34)，第二流量控制计(35)、第三流量控制计(36)和混气罐(37)出气管上安装连接的总流量控制计(38)，各高压气瓶出气管上的流量控制计均与混气罐进气管连接，并通过气体注入参数信号传输线(10)与计算机程控系统连接；而总流量控制计(38)与气体注入管道(11)连接，通过气体注入管道与样品台(5)连接；同时总流量控制计通过气体注入参数信号传输线(10)与连接的计算机程控系统向总流量控制计发送指令信号。
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