CN113758992A - 等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核聚变技术领域，具体涉及等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统及方法，包括激光模块、光谱采集模块、光路传输装置和壁形貌监控模块，经过一系列的激光传输和等离子体辐射光探测，利用光谱仪采集激光烧蚀等离子体的辐射光，进行分析得到等离子体面壁部件表面元素成分与含量，实现原位、在线、实时测量。经过激光干涉成像和增材修复，利用相机采集干涉图样，并根据干涉图样得到等离子体面壁部件的表面形貌结果，利用机械手臂待修复材料送达至待修复位置，不仅能够为聚变等离子体与壁相互作用的研究与控制提供数据，而且还可原位修复壁损伤，提高聚变装置使用寿命，维持稳态、长时间运行。
Description
技术领域
本发明属于核聚变技术领域，具体涉及一种激光烧蚀等离子体发射光谱、激光增材制造、激光干涉表面形貌监测技术中的面壁部件原位诊断与缺陷修复系统及方法。
背景技术
利用受控热核聚变产生的能量被认为是解决人类能源问题的根本途径之一，托卡马克磁约束核聚变装置是当前公认最有希望实现受控热核聚变的装置，开展托卡马克聚变实验研究是探索和解决受控热核聚变堆工程及物理问题的最有效的手段。在磁约束托卡马克装置运行中，等离子体面壁部件(Plasma Facing Components，PFCs)会受到聚变等离子体、聚变α粒子、聚变中子、中性原子等的辐照，导致器壁侵蚀、器壁损伤、器壁缺陷、杂质沉积、燃料滞留等诸多问题，直接影响PFCs的寿命并可能引发聚变装置运行安全问题。一方面，聚变等离子体辐照、高热负荷以及聚变反应产生的α粒子、高能中子穿过PFCs不可避免地对其造成损伤，如产生微米-毫米级裂缝、晶格错位、材料腐蚀、熔化、碎裂等，严重改变PFCs性能并影响其使用寿命，导致聚变装置运行成本增加。另一方面，对于聚变装置关注的杂质沉积、燃料滞留诊断核心问题，当前最有希望的诊断手段为激光诱导击穿光谱，但是从其技术原理出发，该方法会在诊断过程中不可避免地对被诊断的区域造成烧蚀损伤，在一定程度上影响PFCs的使用寿命，给聚变装置运行造成不利影响。因此，需要及时对诊断造成的壁损伤进行修复。综上，发展原位、实时的聚变PFCs损伤及缺陷修复方法是维持聚变装置稳态、长时间运行的重要手段，同时也是节省聚变堆维护成本的重要技术手段。
激光烧蚀等离子体发射光谱是一束短脉冲(通常小于10纳秒)、高能量密度激光辐照到PFCs表面发生激光与物质相互作用时，当激光能量密度大于PFCs的烧蚀阈值时，相互作用区的第一壁被烧蚀。被烧蚀的粒子沿着PFCs样品表面法线方向喷射出来到聚变等离子体中。主等离子体与激光烧蚀的粒子发生相互作用，电离烧蚀离子并辐射出光，通过光谱仪收集并分析辐射光谱即可得到PFCs表面元素成分信息。激光干涉表面成像是一束激光分束形成两束相干激光后，一束照射到一个被镜面抛光的样品表面S1作为参考光，另外一束照射到被测PFCs样品表面S2作为测量光。然后结合光学元件，将S1与S2表面反射的参考光与测量光成像至相机，并在相机探测器上形成干涉图样，这一干涉图样中即包含有被测表面位移和形变信息。微移或调整S1的位置采集多幅干涉图样，然后分析干涉图样，就可反演得到被测样品的表面形貌信息。
毫秒脉冲激光由于其脉冲宽度长(通常大于1毫秒)，照射到样品表面会伴随有强烈的热效应以致被照射区域发生融化而不形成激光等离子体，被广泛的应用于激光焊接、激光切割等领域。同时也由于毫秒激光的强烈热效应，可在毫秒激光脉冲时间尺度内加热物质，与光学元件结合形成激光选区熔覆技术，近年来被大量应用于激光先进制造领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统及方法，其能够针对等离子体面壁部件进行损伤诊断及缺陷修复。
本发明的技术方案如下：
一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，包括如下几部分：
激光模块，包括脉冲激光模块和连续激光模块，负责提供不同脉宽的激光；
光谱采集模块，采集激光烧蚀等离子体发射光谱，用于分析PFCs表层元素成分；
激光束高反射镜和石英窗口，用于实现光谱采集模块、壁形貌监控模块与聚变装置等离子体面壁部件的光路传输；
壁形貌监控模块，监控PFCs表面形貌变化，标定原位PFCs修复位置；
修复材料及机械手臂，利用机械手臂待修复材料送达至待修复位置；
所述的脉冲激光模块接收到触发信号后，发射脉冲激光束，经由激光高反镜反射，通过嵌入在聚变装置真空腔室上的石英玻璃窗口后，辐照到等离子体面壁部件表面发生烧蚀，被烧蚀粒子与聚变等离子体相互作用形成激光烧蚀等离子体；激光烧蚀等离子体经过石英玻璃后被激光高射镜反射，通过光谱采集模块后被采集；
所述的激光高反镜可以移出或者反馈光路；在进行诊断与修复时，激光高反镜返回原光路；仅在壁形貌监控模块工作时，激光高反镜被移出光路。
所述的连续激光模块向壁形貌监控模块发出连续激光，连续激光束经过石英窗口后照射到等离子体面壁部件后反射，反射光经过石英窗口再与壁形貌监控模块中的参考表面控制器反射光形成干涉图样后被采集。
包括计算机和时序控制器；
所述的计算机负责向时序控制器、激光模块、光谱采集模块、壁形貌监控模块和机械手臂分别发送控制命令，同时对光谱采集模块和壁形貌监控模块获取的数据进行分析，从而下达指令；
所述的时序控制器负责管理、同步光谱采集模块和脉冲激光模块与聚变装置的放电时序。
所述的光谱采集模块包括二相色镜、激光束聚焦透镜、收集透镜、传输光纤和光谱仪；
所述的二相色镜位于脉冲激光模块的发射光路上，且镜面与光路方向夹角为45°；
所述的激光束聚焦透镜位于二相色镜反射光路上，且能够接收激光束高反射镜的反射光线，反射光线经过二相色镜透射；
所述的收集透镜位于二相色镜的透射光路上；
所述的传输光纤将收集透镜的透射光线耦合传输至光谱仪中。
所述的壁形貌监控模块包括凹面镜、凸面镜、分束装置、参考表面控制器、聚焦透镜、CCD或者CMOS相机；
所述的凹面镜位于所述的连续激光模块的发射光路上，将接收到的激光扩束；
所述的凸面镜位于扩束光路上，对扩束光束准直；
所述的分束装置位于准直光路上，且上表面与准直光路的夹角为45°；
所述的分束装置将准直后的激光束分为两束，一束照射到参考表面控制器成为参考光，另外一束通过石英窗口后照射到等离子体面壁部件上成为探测光；
所述的等离子体面壁部件、参考表面控制器参考光反射，形成两路反射光，分别经分束装置反射和透射后形成干涉图样；
所述的聚焦透镜将干涉图样成像到CCD或CMOS相机上。
所述的分束装置为分束片或者分束立方体。
所述的机械手臂喷射的修复材料熔化后沉积到等离子体面壁部件的待修复位置；所述的脉冲激光模块发射长脉冲激光的脉宽为1～500毫秒。
所述的石英窗口嵌入在聚变装置真空腔室壁上。
一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复方法，其利用所述的系统，包括如下步骤：
1)设定时序，确定脉冲激光模块和光谱仪；
2)聚变装置发送TTL触发时序控制器后，时序控制器根据设定的时序发送TTL信号指令到脉冲激光模块和光谱仪，触发脉冲激光模块和光谱仪工作并与聚变装置放电时序进行同步；
3)脉冲激光模块接收到触发信号后，发射脉冲激光束，经过二相色镜照射到聚焦透镜上，激光束经由高反射镜反射，通过嵌入在聚变装置真空腔室上的石英玻璃窗口后，辐照到等离子体面壁部件表面；
4)等离子体面壁部件表层烧蚀粒子输运膨胀至聚变等离子中形成激光烧蚀等离子体，同时在等离子体面壁部件上形成烧蚀损伤坑；
5)激光烧蚀等离子体的辐射光经过石英玻璃后被激光高反镜反射，然后通过聚焦透镜、二相色镜，经过等离子体收集透镜聚焦后，耦合输入至光纤并传输至光谱仪中，光谱仪记录这一发射光谱；
6)根据光谱仪采集到的发射光谱，分析等离子体面壁部件表面元素成分与含量；
步骤8)之后的步骤为每次烧蚀诊断后进行修补的过程，步骤8)在步骤6)之后进行；
8)将激光高反镜移出光路，启动连续激光模块，启动参考表面控制器、CCD或CMOS探测相机为工作状态；
9)连续激光模块发出连续激光经由凹面镜扩束、凸面镜准直后，照射到分束片上；分束片将激光束分为垂直的两束激光，一束照射到参考表面控制器成为参考光，另外一束通过石英窗口后照射到等离子体面壁部件上称探测光；
10)等离子体面壁部件、参考表面控制器将接收到的激光反射，等离子体面壁部件反射的激光经过石英窗口照射至分束片，分束片反射等离子体面壁部件的探测光至聚焦透镜，分束片透射参考表面控制器反射的参考光至聚焦透镜，经由聚焦透镜两束光成像到CCD或CMOS相机上，得到一幅干涉图样；
11)调整参考表面控制器的位置，重复步骤8)到10)采集多幅干涉图样，而后进行形貌反演重构，得到等离子体面壁部件的表面形貌结果；
12)将激光高反镜返回光路，启动脉冲激光模块中的长脉冲激光，同时将修复材料通过机械手臂移动至待修复位置；
13)脉冲激光模块发射长脉冲激光束，重复步骤3)照射等离子体面壁部件的烧蚀损伤坑上，将修复材料融化成金属液体，激光脉冲结束后，金属液体再凝固为金属固体，完成一次修复。
完成一次修复后，进行步骤8)-11)，监测被修复后的等离子体面壁部件表面形貌；如需要继续修复，则再次步骤重复8)-13)，直至达到修复烧蚀损伤。
所述的步骤6)之后，进行步骤7)：
7)一次诊断完成后，如需在同一空间位置进行多次诊断，则重复步骤1)-6)，得到每次不同烧蚀深度下的等离子体面壁部件表层元素成分与含量，直至多次测量之后，诊断出整个等离子体面壁部件表层材料的成分与含量。
本发明的显著效果如下：不仅可原位、实时诊断聚变装置PFCs表面元素成分，为聚变等离子体与壁相互作用的研究与控制提供数据，而且还可原位修复诊断PFCs过程中激光烧蚀造成的壁损伤，进一步地该方法还可原位修复由聚变等离子、聚变α粒子、聚变中子、中性原子等的辐照引起的PFCs损伤与缺陷，有助于提高聚变装置的使用寿命，维持聚变装置稳态、长时间运行，极大地节省聚变堆运行维护成本。
用于聚变装置等离子体面壁部件的原位诊断与缺陷修复，不排除应用于其它的、具有相近技术特征的、需要进行材料分析与缺陷修复的技术领域。
附图说明
图1为等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统示意图；
图2为等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复方法流程图；
图中：1.计算机；2.时序控制器；301.脉冲激光模块；302.连续激光模块；303.脉冲激光束；401.二向色镜；402.聚焦透镜402；403.收集透镜；404.光纤；405.光谱仪；501.凹面镜501；502.凸面镜；503.分束片；504.参考表面控制器；505.聚焦透镜；506.CCD或CMOS相机；6.机械手臂；7.激光高反镜；8.聚变装置真空腔室壁；9.石英窗口；10.等离子体面壁部件；11.聚变等离子体；12.激光烧蚀等离子体；13.激光烧蚀坑。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
针对等离子体面壁部件进行原位诊断与缺陷修复，涉及几个部分：计算机1；时序控制器2；激光模块；光谱采集模块；壁形貌监控模块；激光束高反射镜7、石英窗口9，机械手臂6。
其中：
计算机1负责向时序控制器2、激光模块、光谱采集模块、壁形貌监控模块和机械手臂6分别发送控制命令，同时对光谱采集模块、壁形貌监控模块、机械手臂6返回的实验数据进行分析，并根据分析结果，下达指令。
时序控制器2一方面负责同步聚变堆放电时序与本发明所涉及光谱采集模块及激光模块之间的工作时序；另一方面负责根据设定的时间序列触发光谱采集模块与激光模块工作；
激光模块包括脉冲激光模块301和连续激光模块302，脉冲激光模块301负责提供不同脉宽的激光，其中短脉冲激光(脉宽小于10纳秒)用于PFCs原位诊断，长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)用于PFCs缺陷原位修复。连续激光模块302负责提供连续激光与壁形貌监控模块系统工作，原位、在线探测出PFCs表面形貌。
光谱采集模块负责采集激光烧蚀等离子体发射光谱，用于分析PFCs表层元素成分；
壁形貌监控模块负责原位、在线监控PFCs表面形貌变化，标定出原位PFCs待修复位置。
激光高反射镜7、石英窗口9用于实现光谱采集模块、壁形貌监控模块与聚变装置等离子体面壁部件10之间的光路传输。
在修复时可以利用机械手臂模块6将修复材料送达至标定出的待修复位置，在修复PFCs时机械手臂6喷出纳米到微米量级金属小球，而后使用脉冲激光模块301中的长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)熔化金属小球为液体沉积到等离子体面壁部件10的待修复位置。
如图1所示是原位诊断与缺陷修复系统及方法一个优选的实施例，同时具备原位诊断功能和原位缺陷修复功能，包括计算机1、时序控制器2、脉冲激光模块301、连续激光模块302、激光高反射镜7、安装在聚变装置真空腔室壁8上的石英窗口9。
还包括光谱采集模块(二相色镜401、激光束聚焦透402、收集透镜403、传输光纤404和光谱仪405)和壁形貌监控模块(凹面镜501、凸面镜502、分束片(也已采用可采用分束立方体)503、参考表面控制器504、聚焦透镜505、CCD或者CMOS相机506)。
聚变装置等离子体面壁部件10为本发明的实施对象，聚变等离子体11位于聚变装置等离子体面壁部件10和真空腔室壁8之间。其中，聚变装置真空腔室壁8负责维持聚变装置运行环境，聚变装置等离子体面壁部件10维持聚变装置运行环境，保护其后面的其他聚变装置部件，上述的石英窗口9嵌入式的安装在聚变装置真空腔室壁8上。当激光从石英窗口9透过真空腔室壁8后辐照到等离子体面壁部件10，其表面发生烧蚀，烧蚀粒子会沿着等离子体面壁部件10法线方向发生膨胀输运并与聚变等离子体11产生相互作用，被聚变等离子体11激发电离形成激光烧蚀等离子体12，这一过程中由于激光烧蚀PFCs并发射烧蚀粒子，因此会在等离子体面壁部件10表面留下烧蚀损伤坑13。
进行聚变装置等离子体面壁部件原位诊断，就是要经过一系列的激光传输和等离子体辐射光探测，利用光谱仪405采集激光烧蚀等离子体12的辐射光，进行分析得到等离子体面壁部件10表面元素成分与含量，实现原位、在线、实时测量。
而进行聚变装置等离子体面壁部件缺陷修复，需要经过激光干涉成像以及激光增材修复，利用CCD或CMOS相机506采集等离子体面壁部件10的探测光和参考表面控制器504的参考光形成的干涉图样，并根据干涉图样得到等离子体面壁部件10的表面形貌结果，进一步的利用机械手6将纳米或微米金属小球喷射至待修复位置，同时利用脉冲激光301中的长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)熔化金属小球，沉积被熔化金属至待修复位置。
如图2所示，进行原位诊断和缺陷修复的具体步骤如下：
(1)计算机1控制并设定时序控制器2、脉冲激光模块301中的短脉冲激光(脉宽小于10纳秒)、光谱仪16为工作状态。
(2)时序控制器2接收到聚变装置TTL信号后，时序控制器2根据设定的时序发送TTL信号指令到脉冲激光模块301和光谱仪405，触发脉冲激光模块301中的短脉冲激光(脉宽小于10纳秒)和光谱仪405工作并与聚变装置放电时序进行同步。
(3)脉冲激光模块301接收到触发信号后，发射脉冲激光束303，经过二相色镜401照射到聚焦透镜402上，由高反射镜7反射，通过嵌入在聚变装置真空腔室8上的石英玻璃9窗口后，辐照到等离子体面壁部件10表面，发生激光烧蚀。
(4)等离子体面壁部件10表层材料被被脉冲激光束303烧蚀后，烧蚀粒子沿着等离子体面壁部件发生膨胀输运并与聚变等离子体11产生相互作用，烧蚀粒子被聚变等离子体11激发电离并形成激光烧蚀等离子体12。由于等离子体面壁部件10表层材料被烧蚀，表面留下烧蚀损伤坑13。
(5)激光烧蚀等离子体12的辐射光经过石英玻璃9后被高反射镜7反射，然后通过聚焦透镜402、二相色镜401，经等离子体收集透镜403聚焦后，耦合输入至光纤404并有光纤进一步传输至光谱仪405中，光谱仪405记录这一发射光谱。
(6)光谱仪405将采集到的发射光谱传输至计算机1中，进行数据分析，从而实现等离子体面壁部件10表面元素成分与含量的原位、在线、实时测量。发射光谱得出元素成分和含量属于光谱分析中的成熟技术，这里不再赘述。
(7)一次诊断完成之后，如需在等离子体面壁部件10同一空间位置进行多次诊断，则重复步骤(1)-(6)，能够得到不同烧蚀深度下的等离子体面壁部件10表层元素成分与含量，直至多次测量之后，分析出整个等离子体面壁部件10表层材料的成分与含量。
至此完成原位诊断。
(8)将激光高反镜7移动出光路，避免激光高反镜7对壁形貌监测结果的影响。计算机1设定连续激光模块302发送连续激光，启动参考表面控制器504、CCD或CMOS探测相机506为工作状态。
(9)连续激光模块302发出连续激光经由凹面镜501扩束、凸面镜502准直后，照射到分束片503上；分束片503将激光束分为两束相干激光束，一束照射到参考表面控制器504称参考光，另外一束激光通过石英窗口9照射到等离子体面壁部件10上称探测光。
(10)等离子体面壁部件10、参考表面控制器504将接收到的激光反射，等离子体面壁部件10反射的探测光经过石英窗口9照射至分束片503，分束片503反射等离子体面壁部件10的探测光至聚焦透镜505。分束片503透射参考表面控制器504反射的参考光至聚焦透镜505，经由聚焦透镜505将两束光成像到CCD或CMOS相机506上，得到一幅干涉图样。
(11)调整参考表面控制器504的位置，重复(8)-(10)采集多幅干涉图样，同时将采集到的相干图样传输到计算机1中，而后通过提取数据，结合数据处理算法，进行形貌反演重构，得到等离子体面壁部件10的表面形貌结果。数据处理算法可以参见多篇现有技术文献，不再赘述。
(12)根据(11)步骤中的结果，激光高反镜7移回至光路位置，计算机1设定时序控制器2、脉冲激光模块301中的长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)为工作状态，并发送操作指令给机械手臂6将纳米或微米金属小球移动至待修复位置。
(13)时序控制器2触发脉冲激光模块301的长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)与机械手臂6协同工作；脉冲激光模块301发射长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)，重复步骤(3)照射到烧蚀损伤坑13上，
同时机械手臂26在长脉冲激光脉冲宽度时间尺度内喷射纳米或微米金属小球到烧蚀损伤坑13位置；脉冲激光模块301中的长脉冲激光(脉宽大于1毫秒)加热熔化纳米或微米金属小球后，将金属液体沉积到烧蚀损伤坑13位置，而后金属液体再凝固为金属固体，完成一次修复步骤。
(14)重复步骤(8)-(11)，监测经过步骤(13)后被修复后的等离子体面壁部件10表面形貌，数据分析后得到是否需要再次进行修复的结论。
(15)如需要继续修复，则再次重复(8)-(13)步骤，直至达到修复烧蚀损伤；如不需要则完成一次完整的原位修复。
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。
Claims (10)
1.一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于，包括如下几部分：
激光模块，包括脉冲激光模块(301)和连续激光模块(302)，负责提供不同脉宽的激光；
光谱采集模块，采集激光烧蚀等离子体发射光谱，用于分析PFCs表层元素成分；
激光束高反射镜(7)和石英窗口(9)，用于实现光谱采集模块、壁形貌监控模块与聚变装置等离子体面壁部件(10)的光路传输；
壁形貌监控模块，监控PFCs表面形貌变化，标定原位PFCs修复位置；
修复材料及机械手臂，利用机械手臂待修复材料送达至待修复位置；
所述的脉冲激光模块(301)接收到触发信号后，发射脉冲激光束(303)，经由激光高反镜(7)反射，通过嵌入在聚变装置真空腔室(8)上的石英玻璃(9)窗口后，辐照到等离子体面壁部件(10)表面发生烧蚀，被烧蚀粒子与聚变等离子体(11)相互作用形成激光烧蚀等离子体(12)；激光烧蚀等离子体(12)经过石英玻璃(9)后被激光高射镜(7)反射，通过光谱采集模块后被采集；
所述的激光高反镜(7)可以移出或者反馈光路；在进行诊断与修复时，激光高反镜(7)返回原光路；仅在壁形貌监控模块工作时，激光高反镜(7)被移出光路。
所述的连续激光模块(302)向壁形貌监控模块发出连续激光，连续激光束经过石英窗口(9)后照射到等离子体面壁部件(10)后反射，反射光经过石英窗口(9)再与壁形貌监控模块中的参考表面控制器(504)反射光形成干涉图样后被采集。
2.如权利要求1所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于：包括计算机(1)和时序控制器(2)；
所述的计算机(1)负责向时序控制器(2)、激光模块、光谱采集模块、壁形貌监控模块和机械手臂分别发送控制命令，同时对光谱采集模块和壁形貌监控模块获取的数据进行分析，从而下达指令；
所述的时序控制器(2)负责管理、同步光谱采集模块和脉冲激光模块(301)与聚变装置的放电时序。
3.如权利要求1所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于：所述的光谱采集模块包括二相色镜(401)、激光束聚焦透镜(402)、收集透镜(403)、传输光纤(404)和光谱仪(405)；
所述的二相色镜(401)位于脉冲激光模块(301)的发射光路上，且镜面与光路方向夹角为45°；
所述的激光束聚焦透镜(402)位于二相色镜(401)反射光路上，且能够接收激光束高反射镜(7)的反射光线，反射光线经过二相色镜(401)透射；
所述的收集透镜(403)位于二相色镜(401)的透射光路上；
所述的传输光纤(404)将收集透镜(403)的透射光线耦合传输至光谱仪(405)中。
4.如权利要求1所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于：所述的壁形貌监控模块包括凹面镜(501)、凸面镜(502)、分束装置、参考表面控制器(504)、聚焦透镜(505)、CCD或者CMOS相机(506)；
所述的凹面镜(501)位于所述的连续激光模块(302)的发射光路上，将接收到的激光扩束；
所述的凸面镜(502)位于扩束光路上，对扩束光束准直；
所述的分束装置位于准直光路上，且上表面与准直光路的夹角为45°；
所述的分束装置将准直后的激光束分为两束，一束照射到参考表面控制器(504)成为参考光，另外一束通过石英窗口(9)后照射到等离子体面壁部件(10)上成为探测光；
所述的等离子体面壁部件(10)、参考表面控制器(504)参考光反射，形成两路反射光，分别经分束装置反射和透射后形成干涉图样；
所述的聚焦透镜(505)将干涉图样成像到CCD或CMOS相机(506)上。
5.如权利要求1所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于：所述的分束装置为分束片(503)或者分束立方体。
6.如权利要求1所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于：所述的机械手臂喷射的修复材料熔化后沉积到等离子体面壁部件(10)的待修复位置；所述的脉冲激光模块(301)发射长脉冲激光的脉宽为1～500毫秒。
7.如权利要求1所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于：所述的石英窗口(9)嵌入在聚变装置真空腔室壁(8)上。
8.一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复方法，其基于所述的等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复系统，其特征在于，包括如下步骤：
1)设定时序，确定脉冲激光模块(301)和光谱仪(405)；
2)聚变装置发送TTL触发时序控制器(2)后，时序控制器根据设定的时序发送TTL信号指令到脉冲激光模块(301)和光谱仪(405)，触发脉冲激光模块(301)和光谱仪(405)工作并与聚变装置放电时序进行同步；
3)脉冲激光模块(301)接收到触发信号后，发射脉冲激光束(303)，经过二相色镜(401)照射到聚焦透镜(402)上，激光束经由高反射镜(7)反射，通过嵌入在聚变装置真空腔室(8)上的石英玻璃(9)窗口后，辐照到等离子体面壁部件(10)表面；
4)等离子体面壁部件10表层烧蚀粒子输运膨胀至聚变等离子11中形成激光烧蚀等离子体12，同时在等离子体面壁部件10上形成烧蚀损伤坑13；
5)激光烧蚀等离子体(12)的辐射光经过石英玻璃(9)后被激光高反镜(7)反射，然后通过聚焦透镜(402)、二相色镜(401)，经过等离子体收集透镜(403)聚焦后，耦合输入至光纤(404)并传输至光谱仪(405)中，光谱仪(405)记录这一发射光谱；
6)根据光谱仪(405)采集到的发射光谱，分析等离子体面壁部件(10)表面元素成分与含量；
步骤8)之后的步骤为每次烧蚀诊断后进行修补的过程，步骤8)在步骤6)之后进行；
8)将激光高反镜(7)移出光路，启动连续激光模块(302)，启动参考表面控制器(504)、CCD或CMOS探测相机(506)为工作状态；
9)连续激光模块(302)发出连续激光经由凹面镜(501)扩束、凸面镜(502)准直后，照射到分束片(503)上；分束片(503)将激光束分为垂直的两束激光，一束照射到参考表面控制器(504)成为参考光，另外一束通过石英窗口(9)后照射到等离子体面壁部件(10)上称探测光；
10)等离子体面壁部件(10)、参考表面控制器(504)将接收到的激光反射，等离子体面壁部件(10)反射的激光经过石英窗口(9)照射至分束片(503)，分束片(503)反射等离子体面壁部件(10)的探测光至聚焦透镜(505)，分束片(503)透射参考表面控制器(504)反射的参考光至聚焦透镜(505)，经由聚焦透镜(505)两束光成像到CCD或CMOS相机(506)上，得到一幅干涉图样；
11)调整参考表面控制器(504)的位置，重复步骤8)到10)采集多幅干涉图样，而后进行形貌反演重构，得到等离子体面壁部件(10)的表面形貌结果；
12)将激光高反镜(7)返回光路，启动脉冲激光模块(301)中的长脉冲激光，同时将修复材料通过机械手臂移动至待修复位置；
13)脉冲激光模块(301)发射长脉冲激光束，重复步骤3)照射等离子体面壁部件(10)的烧蚀损伤坑(13)上，将修复材料融化成金属液体，激光脉冲结束后，金属液体再凝固为金属固体，完成一次修复。
9.如权利要求8所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复方法，其特征在于：完成一次修复后，进行步骤8)-11)，监测被修复后的等离子体面壁部件(10)表面形貌；如需要继续修复，则再次步骤重复8)-13)，直至达到修复烧蚀损伤。
10.如权利要求8所述的一种等离子体面壁部件原位诊断与缺陷修复方法，其特征在于：所述的步骤6)之后，进行步骤7)：
7)一次诊断完成后，如需在同一空间位置进行多次诊断，则重复步骤1)-6)，得到每次不同烧蚀深度下的等离子体面壁部件(10)表层元素成分与含量，直至多次测量之后，诊断出整个等离子体面壁部件(10)表层材料的成分与含量。
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