CN115753715A - 一种east托卡马克装置偏滤器表面杂质元素的分析系统及分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种EAST托卡马克装置偏滤器表面杂质元素的分析系统及分析方法，激光光谱分析技术领域。该分析系统及分析通过激光器发射合适能量的激光脉冲，经聚焦后对偏滤器表面杂质沉积进行蒸发、电离、形成激光诱导等离子体，通过中阶梯光谱仪记录杂质层激光诱导等离子体发射光谱信号，并通过物理模型分析出杂质层中各元素含量；同时，激光诱导击穿光谱分析过程中，联合激光诱导荧光光谱技术对等离子体中痕量钨杂质进行荧光光谱分析，实现对痕量钨杂质的高灵敏度定量化分析。本发明能够在EAST托卡马克装置运行中实现原位、在线、远程遥控条件下的偏滤器表面元素快速的精确分析，并且可以对感兴趣的各种元素进行三维分析成像。
Description
技术领域
本发明涉及激光光谱分析技术领域，特别涉及一种基于激光诱导击穿光谱联合激光诱导荧光光谱的磁约束聚变装置运行过程中偏滤器表面杂质沉积、燃料滞留的高灵敏度原位、在线分析装置及方法。
背景技术
磁约束可控热核聚变装置是通过强磁场来约束带电粒子实现可控热核聚变反应的装置。聚变能源具有燃料丰富、安全、清洁等特点，是一种理想的未来能源。可控热核聚变装置运行过程中，来自芯部等离子体的热流和粒子流会与器壁材料发生相互作用，造成器壁材料的损伤，影响使用寿命。同时，等离子体与器壁相互作用产生的杂质会污染聚变等离子体，引发等离子体能量的辐射损失，降低等离子体的约束性能。钨、钼等高Z杂质进入到芯部等离子体区域并不能被完全离化，其电离辐射非常强，直接影响聚变等离子体参数的空间分布，稀释芯部等离子体，降低聚变反应功率密度，当聚变装置芯部等离子体中钨含量超过10-5就会直接导致等离子体的熄灭。虽然可通过先进的壁处理方法（物理气相沉积、化学气相沉积、弹丸注入及低参数等离子辅助沉积等方式）在装置的真空腔室内部第一壁、偏滤器靶板表面覆盖一层薄的硼、锂、硅或碳的薄膜，不同程度地阻止高Z金属的溅射，改善粒子再循环，控制杂质产生来不断提高对高参数等离子体的约束性能，但是缺少有效的监测方法。目前急需快速、有效的壁表面杂质含量监测方法，指导壁处理过程、辅助托卡马克聚变等离子体稳态运行。
目前，国际上关于装置内部壁材料表面成分诊断的工作主要依靠离线的表征方法，即整磁约束聚变装置长时间运行后，在维护期间取下受辐照的壁材料样品通过离线诊断设备对比研究聚变等离子体辐照前后壁材料变化情况。沉积杂质表征主要通过X射线光电子能谱、X射线能谱、核反应分析、二次离子质谱等方法，其缺点在于离线分析无法还原出不同参数放电环境下壁材料的变化细节；离线分析过程中的样品的保存、切割、制样过程会造成二次污染，影响表征结果，无法满足磁约束聚变研究中等离子体与壁材料相互作用壁表面成分变化细节。近年来，激光诱导击穿光谱技术做为一种原位在线壁分析方法，具备一定的快速实时、原位在线、全元素定量化分析的能力，但是真空、远距离的应用场景下，激光诱导击穿光谱技术的探测灵敏度较低，不利于沉积杂质层中痕量杂质元素的有效探测。因此，急需一种可以原位在线、定量化分析沉积层中痕量杂质元素的方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的激光诱导击穿光谱技术在高真空环境下偏滤器表面杂质层中微量钨杂质元素探测灵敏度低的缺点，提供一种激光诱导击穿光谱-激光诱导荧光光谱联合分析的方法，可以在EAST托卡马克装置运行高真空环境下较好的完成偏滤器表面杂质沉积层中大动态范围全元素的远程、原位、实时分析的测量任务，解决对痕量钨元素测量精度不高的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光诱导击穿光谱和激光诱导荧光光谱联合的分析系统包括控制系统、用于拍摄待测样品表面图像的监测装置和光谱分析系统，其特征在于，所述光谱分析系统包含光谱分析模块、光路传输模块和信号接收模块；
光路传输模块包含多个光学元件，用于聚焦入射光至待测样本和/或导引待测样本表面产生的等离子体信号；
所述光谱分析模块包含导引激光器、第一激光器、第二激光器和激光合束器；导引激光器的发射光、第一激光器的发射光通过第一扩束整形模块、第二激光器的发射光通过第二扩束整形模块分别入射至激光合束器，激光合束器的发射光经光路传输模块入射至待测样本表面；
所述信号接收模块包含中阶梯光谱仪、ICCD光谱仪和ICCD相机，待测样本表面产生的等离子体信号通过光路传输模块分别入射至阶梯光谱仪、ICCD光谱仪和ICCD相机；
控制系统分别通信连接监测装置、光路扫描装置、导引激光器、第一激光器、激光合束器、第二激光器、中阶梯光谱仪、ICCD相机和ICCD光谱仪。
在一些具体实施方案中，所述光路传输模块包含从右至左依次设置的真空窗口、光路扫描装置、第一聚焦透镜、棱镜、第二聚焦透镜、二向色镜和光纤合束器；
光路扫描装置包含反射镜或反射镜组，反射镜或反射镜组的角度、位置根据控制系统1的命令通过电动位移台控制，实现同轴入射激光束和收集光路的扫描。
监测装置2包含摄像头模块、LED照明模块、光学反射镜或者光学反射镜组。光学反射镜或者光学反射镜组设在第一聚焦透镜和光路扫描装置之间，控制系统通过电动位移台控制光学反射镜位置和角度，通过多种耦合方式，在不影响入射激光和光谱采集光路条件下对偏滤器表面图像进行测量。
控制系统1通过电动位移台控制监测装置2、光路扫描装置3、激光合束器6、光路传输模块中各光学元件的位置、角度。
激光合束器的发射光经棱镜进入光路传输模块聚焦至待测样本表面；
ICCD相机正对二向色镜的反射光方向设置，光纤合束器的接收的光信号分别进入中阶梯光谱仪和ICCD光谱仪。
在一些具体实施方案中，所述监测装置包含摄像头模块，所述摄像头模块设在第一聚焦透镜和光路扫描装置之间；
所述第一激光器采用高能脉冲激光器，第二激光器采用波长可调谐激光器。
具体的，所述第一激光器采用Nd:YAG纳秒脉冲激光器、皮秒、飞秒等其他类型的高能脉冲激光器，第二激光器采用染料激光器或光学参量振荡器等其他类型波长可调谐激光器。
一种激光诱导击穿光谱和激光诱导荧光光谱联合的分析方法，采用上述的分析系统，并包括以下步骤：
步骤1，控制系统根据监测装置拍摄的待测样本的表面图像锁定待分析区域，生成待空间扫描的位置坐标；
步骤2，控制系统根据待空间扫描的位置坐标，调整光谱分析系统各光学模块的姿态，开启导引激光器，精确锁定分析位置，根据待测样本的空间构型的位置信息，得到光谱分析的探测距离、入射激光与待测样本之间的角度，调整光路传输模块中光学元件的位置；
步骤3，控制系统按照特定时序分别触发第一激光器、中阶梯光谱仪和ICCD相机，第一激光器发射的高能脉冲激光依次经扩束整形模块、激光合束器、光路传输模块聚焦至待测样本，激光烧蚀待测样本的杂质层产生等离子体，中阶梯光谱仪采集等离子体的光谱信息，ICCD相机采集不同时刻的等离子体图像；
步骤4，控制系统触发第二激光器，第二激光器发射的高能激光脉冲经扩束整形模块、激光合束器、光路传输模块聚焦后充分辐照所述的等离子体，等离子体中的痕量物质产生的荧光光谱通过光路传输模块传输至ICCD光谱仪；
步骤5，控制系统的计算机分析系统基于步骤3的等离子体的光谱信息对待测样本的主量元素进行定量分析；基于步骤4的荧光光谱对杂质层中的痕量物质进行定量分析，给出测量点位的沉积杂质构成；
步骤6，重复步骤2-4，对待测样本同一位置的杂质层元素进行深度分析，控制系统根据ICCD光谱仪采集的等离子体图像数据，判断激光烧蚀的深度位置，当ICCD光谱仪采集不到等离子体图像数据时，结束该位置的光谱分析；
步骤7，重复步骤2-6，对步骤1确定的所有位置进行沉积杂质成分的不同深度位置分析；
步骤8，完成所有位置的光谱分析后，重构出待测样本的杂质沉积层中不同元素的分布情况。
一种激光诱导击穿光谱和激光诱导荧光光谱联合分析EAST托卡马克装置偏滤器表面杂质元素的方法，包括以下步骤：
步骤1：控制系统控制监测装置的摄像头模块拍摄记录EAST托卡马克装置观测区域偏滤器的壁表面图像，控制系统根据偏滤器表面图像锁定需要进行光谱分析的感兴趣区域，生成空间扫描所需的位置的坐标。
步骤2：控制系统根据空间扫描位置坐标，调整光谱分析系统各光学模块的姿态，锁定待分析位置。开启导引激光器，输出指示激光，精确锁定分析位置。控制系统根据系统中已存储的偏滤器空间构型的位置信息，换算出光谱分析的探测距离及偏滤器的偏离靶板与入射激光之间的角度。为精确控制分析过程中辐照在偏滤器靶板表面的激光束能量密度相一致，控制系统参考光谱分析探测距离、偏滤器靶板角度的信息，调整激光诱导击穿光谱分析用激光器（第一激光器）和激光诱导荧光光谱分析用激光器（第二激光器）中全部激光聚焦透镜和光信号收集透镜（光路传输模块）的位置、角度，已确保光谱信号的高效率收集。
步骤3：控制系统按着特定时序分别触发激光诱导击穿光谱分析过程的激光器，ICCD相机，中阶梯光谱仪，激光诱导荧光光谱分析过程中的可调谐激光器，高灵敏度的ICCD相机，按着特定的时序协同工作，获得偏滤器表面杂质沉积层的激光诱导击穿光谱，激光烧蚀杂质层等离子体演化图像。
其中，控制系统控制激光诱导击穿光谱分析用的第一激光器发出高能脉冲激光，经聚焦系统聚焦后按着特定激光能量密度辐照偏滤器表面的杂质沉积层。该能量密度数值介于杂质层损伤阈值和偏滤器钨金属损伤阈值之间，所以激光烧蚀过程中不会对偏滤器靶板产生损伤。激光烧蚀杂质层所产生的等离子体在真空环境中膨胀冷却，控制系统控制中阶梯光谱仪按着设定的延迟时间和曝光时间采集等离子体光谱信息，并存入分析系统,开展杂质层成分定量化分析。同时，控制系统控制ICCD相机对不同时刻激光诱导等离子体拍摄成像，存入系统,分析出等离子体膨胀动力学演化图像。
步骤4：控制系统控制用于激光诱导荧光光谱分析的波长可调谐的激光器（第二激光器）发射分析物质相关的特定波长的高能激光脉冲，该激光脉冲经聚焦系统聚焦后充分辐照激光诱导产生的等离子体，将等离子体中待分析的痕量物质中处于低能态物种抽运到上态，根据上态向其他低能态的自发辐射光谱（荧光光谱）测量，实现对等离子体中痕量物质的测量。
步骤5：控制系统中的分析系统基于激光诱导击穿光谱的定量模型对EAST托卡马克装置偏滤器表面杂质层中主量元素进行定量分析；同时，基于激光诱导荧光光谱的定量模型对杂质层中痕量物质（钨元素）进行定量分析，给出测量点位的沉积杂质构成。
步骤6：杂质层元素深度分辨光谱分析。控制系统控制重复步骤2-4的激光诱导击穿光谱分析和激光诱导荧光光谱分析过程，对杂质层元素构成进行深度分析。同时，控制系统根据ICCD相机记录的激光诱导等离子体图像数据，判断光谱分析的烧蚀深度位置。如果分析过程中并没有激光诱导击穿等离子体的图像产生，说明激光脉冲已将该位置的杂质层彻底剥离，该位置的光谱分析结束。
步骤7：杂质层成分的三维分布成像。控制系统根据步骤1中生成的空间扫描所需的位置坐标，将光谱分析系统对准下一个分析位置点，重复步骤2-6，实现该位置沉积杂质中成分的不同深度位置的精确定量分析。
步骤8：完成所有位置的光谱分析后，计算机分析重构出杂质沉积层中不同元素的分布情况。
本发明的有益效果：一种EAST托卡马克装置偏滤器表面杂质元素的分析系统及分析方法，该分析系统及分析方法通过激光器发射合适能量的激光脉冲，经聚焦系统聚焦后对偏滤器表面沉积杂质进行蒸发、电离、形成激光诱导等离子体，通过中阶梯光谱仪按设定延迟时间及曝光时间记录杂质层激光诱导等离子体发射光谱信号，并通过物理模型分析分析出杂质层中各元素含量；同时，为进一步提高系统对痕量杂质元素，特别是钨元素的定量分析，激光诱导击穿光谱分析过程中，联合激光诱导荧光光谱技术对等离子体中痕量钨杂质进行荧光光谱分析，实现对痕量钨杂质的高灵敏度定量化分析。本发明基于高能脉冲激光辐照固体材料产生激光等离子体的主动分析技术，入射激光传输、等离子体光谱信号采集可以远距离完成，是一种非接触的测量方案。得益于控制系统的远程操控和激光器、ICCD相机、光谱仪等设备的高频率工作能力，本发明能够在EAST托卡马克装置运行中实现原位、在线、远程遥控条件下的偏滤器表面元素快速的精确分析，并且可以对感兴趣的各种元素进行三维分析成像；此外，激光诱导击穿光谱技术与激光诱导荧光光谱技术的应用保证探测系统在高真空环境下的较高探测灵敏度。
附图说明
图1为一种EAST托卡马克装置偏滤器表面杂质元素的分析方法的流程图。
图2为一种激光诱导击穿光谱-荧光光谱分析系统的结构示意图。
图3为一种钨杂质激光诱导荧光泵浦方案图。
图中，1、控制系统，2、监测装置，2a、光学反射镜，3、光路扫描装置，3a、反射镜，4、导引激光器，5、第一激光器，6、激光合束器，7、棱镜，8、第一聚焦透镜，9、真空窗口，10、偏滤器，11、第一扩束整形模块，12、等离子体，13、第二聚焦透镜，14、二向色镜，15、光纤合束器，16、中阶梯光谱仪，17、第二激光器，18、第二扩束整形模块，19、ICCD光谱仪，20、ICCD相机。
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。
图2示出了一种激光诱导击穿光谱-荧光光谱分析系统的结构示意图。图中，这种激光诱导击穿光谱-荧光光谱分析系统包括控制系统1、用于拍摄偏滤器10表面图像的监测装置2和光谱分析系统，光谱分析系统包含光谱分析模块、用于聚焦入射光至偏滤器10表面和/或导引偏滤器10表面产生的等离子体信号的光路传输模块和信号接收模块。
光路传输模块包含距离偏滤器10由近及远依次设置的真空窗口9、光路扫描装置3、第一聚焦透镜8、棱镜7、第二聚焦透镜13、二向色镜14和光纤合束器15。
光谱分析模块包含导引激光器4、第一激光器5、第二激光器17和激光合束器6；导引激光器4的发射光、第一激光器5的发射光通过第一扩束整形模块11、第二激光器17的发射光通过第二扩束整形模块18分别入射至激光合束器6，激光合束器6的发射光经棱镜7进入光路传输模块聚焦至偏滤器10表面。
第一激光器5采用Nd:YAG纳秒脉冲激光器，第二激光器17采用染料激光器。
信号接收模块包含中阶梯光谱仪16、ICCD光谱仪19和ICCD相机20，ICCD相机20正对二向色镜14的反射光方向设置，光纤合束器15的接收的光信号分别进入中阶梯光谱仪16和ICCD光谱仪19。
控制系统1分别通信连接监测装置2、光路扫描装置3、导引激光器4、第一激光器5、激光合束器6、第二激光器17、中阶梯光谱仪16、ICCD光谱仪19和ICCD相机6。控制系统1是一套智能化多通道逻辑指令输出硬件设备，可以根据自动化程序分别发出TTL信号控制监测装置2中的摄像头模块、导引激光器4、第一激光器5、第二激光器17、 中阶梯光谱仪16、ICCD光谱仪19和ICCD相机6按着特定的时序同步工作；控制系统1发出配套的电控信号，完成电动位移台位置、角度的操控，通过电动位移台控制监测装置2、光路扫描装置3、激光合束器6中以及光路传输模块中各个光学元件位置和角度的调控。
光路扫描装置3包含两个设置在光路传输模块中的反射镜3a，反射镜3a设置在电动位移台上，通过控制系统1控制角度，实现同轴入射激光束和收集光路的扫描。
监测装置2包含摄像头模块、LED照明模块、两个光学反射镜2a（或二向色镜）。摄像头模块通过光学反射镜获取偏滤器10的表面图像，将图像信息传输至控制系统1，LED照明模块通过另一个光学反射镜将光线照射在偏滤器10的表面，两个光学反射镜2a安放在第一聚焦透镜8和光路扫描装置3之间，控制系统1通过电动位移台控制光学反射镜的位置，通过多种耦合方式，在不影响入射激光和光谱采集光路条件下对偏滤器表面图像进行测量。
一种托卡马克装置偏滤器表面元素的分析方法，包括以下步骤：
步骤1：在托卡马克装置放电结束后，控制系统1控制监测装置2和光路扫描装置3扫描观测偏滤器10的靶板表面形貌，监测装置2的摄像头模块将拍摄的表面图像传回控制系统1，控制系统1内部的计算机分析系统与数据库中存储的原始图像信息进行比对，分析程序甄别出偏滤器10表面有价值的分析区域。控制系统1锁定需要分析的测量区域，并根据偏滤器10靶板的空间构型生成三维空间扫描的坐标数据和光路传输模块各聚焦透镜、光学元件的方向、位置信息。
步骤2：控制系统1控制开启导引激光器4，验证分析位置准确。
其中，导引激光器4与激光诱导击穿光谱分析用的第一激光器5发射的激光束同轴传输。导引激光器4发射的激光束经过激光合束器6，棱镜7，聚焦透镜8，光路扫描装置3，真空窗口9聚焦后辐照在偏滤器10的靶板表面。导引激光的光斑所在位置就是激光诱导击穿光谱分析取样位置，监测装置2将图像传回计算机系统确认分析位置正确后，开始杂质成分的分析测量。
步骤3：控制系统1控制进行激光诱导击穿光谱分析。
首先，控制系统1通过扩束整形模块11调整第一激光器5输出光束的质量及聚焦状态。其次，控制系统1按着时序指令控制第一激光器5发射特定能量的激光脉冲，经过激光合束器6，棱镜7，聚焦透镜8，光路扫描装置3，真空窗口9聚焦后辐照在偏滤器10的靶板表面，烧蚀样品表面产生激光诱导等离子体12；最后，控制系统1控制ICCD相机20和中阶梯光谱仪16记录等离子体12膨胀过程中关键时刻的等离子体图像和全波段光谱信息。等离子体图像信息经过真空窗口9，光路扫描装置3，聚焦透镜8，聚焦透镜13，二向色镜14反射后进入ICCD相机20。等离子体的光谱信号经过真空窗口9，光路扫描装置3，聚焦透镜8，聚焦透镜13，二向色镜14，光纤束15进入中阶梯光谱仪16。控制系统1的计算机分析系统通过定量分析模型根据参考图像和光谱信息完成各元素含量的定量计算。
步骤4：控制系统1控制进行激光诱导荧光光谱分析。
其中，针对杂质层中待分析的痕量元素测量方案，控制系统1预先控制波长可调谐的第二激光器17精确调整激光波长。激光诱导荧光光谱测量过程与步骤3的激光诱导击穿光谱测量过程同步，在激光等离子体冷却过程中的某一个合适的时刻（按照控制系统1的时序指令），发射激光脉冲，经扩束整形模块18，激光合束器6，棱镜7，聚焦透镜8，光路扫描装置3，真空窗口9聚焦后辐照并与激光诱导等离子体12相互作用。如图3所示，激光脉冲辐照等离子体，将等离子体中待分析的痕量物质中处于低能态（或基态）物种抽运到上态，根据上态向其他低能态的自发辐射特征光谱强度，实现对样品中痕量钨杂质的精确定量化测量。痕量杂质的荧光光谱信号通过真空窗口9，光路扫描装置3，聚焦透镜8，聚焦透镜13，二向色镜14，光纤束15进入高灵敏度的ICCD光谱仪19，所测荧光光谱信号经控制系统1中计算机分析系统根据模型程序计算出杂质元素含量信息。
步骤5：激光诱导击穿光谱-荧光光谱对杂质层深度方向联合分析。
重复步骤3-步骤4，对该分析点位的杂质层进行深度分辨的光谱分析。分析过程中控制系统1以ICCD相机20记录的等离子体图像和监测装置2记录的偏滤器的表面图像（激光辐照区域形貌）为基础进行分析，确认本次光谱分析后，激光辐照区域杂质层分布情况。ICCD等离子体图像的强弱预示着激光烧蚀物质量的多少。当杂质沉积层被剥离干净后，第一激光器的激光脉冲无法烧蚀偏滤器钨靶板，所以ICCD图像及其微弱。同时，偏滤器辐照区域的照片也可以间接估算沉积杂质的去除情况。
步骤6：偏滤器表面杂质沉积层的三维扫描分析。
控制系统1根据测量位置信息，同步调整光谱分析系统中聚焦透镜等各光学元件的精确位置，并逐点进行各位置杂质层不同深度元素含量信息（重复步骤3-5）。控制系统1的计算机分析系统将各位置的元素含量信息整合，汇总出偏滤器表面沉积杂质元素的三维分布数据集，绘制三维分布图并输出。
本实施例中分析系统用于分析激光击穿光谱和荧光光谱的模型程序采用现有技术。
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)
1.一种激光诱导击穿光谱和激光诱导荧光光谱联合的分析系统，它包括控制系统（1）、用于拍摄待测样品表面图像的监测装置（2）和光谱分析系统，其特征在于，所述光谱分析系统包含光谱分析模块、光路传输模块和信号接收模块；
光路传输模块包含多个光学元件，用于聚焦入射光至待测样本和/或导引待测样本表面产生的等离子体信号；
所述光谱分析模块包含导引激光器（4）、第一激光器（5）、第二激光器（17）和激光合束器（6）；导引激光器（4）的发射光、第一激光器（5）的发射光通过第一扩束整形模块（11）、第二激光器（17）的发射光通过第二扩束整形模块（18）分别入射至激光合束器（6），激光合束器（6）的发射光经光路传输模块入射至待测样本表面；
所述信号接收模块包含中阶梯光谱仪（16）、ICCD光谱仪（19）和ICCD相机（20），待测样本表面产生的等离子体信号通过光路传输模块分别入射至阶梯光谱仪（16）、ICCD光谱仪（19）和ICCD相机（20）；
控制系统（1）分别通信连接监测装置（2）、导引激光器（4）、第一激光器（5）、激光合束器（6）、第二激光器（17）、中阶梯光谱仪（16）、ICCD光谱仪（19）和ICCD相机（20）。
2.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述光路传输模块包含从右至左依次设置的真空窗口（9）、光路扫描装置（3）、第一聚焦透镜（8）、棱镜（7）、第二聚焦透镜（13）、二向色镜（14）和光纤合束器（15）；
控制系统（1）通信连接光路扫描装置（3），光路扫描装置（3）包含反射镜或者反射镜组；
激光合束器（6）的发射光经棱镜（7）进入光路传输模块聚焦至待测样本表面；ICCD相机（20）正对二向色镜（14）的反射光方向设置，光纤合束器（15）的接收的光信号分别进入中阶梯光谱仪（16）和ICCD光谱仪（19）。
3.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述监测装置（2）包含摄像头模块、LED照明模块、光学反射镜或者光学反射镜，光学反射镜或者光学反射镜组设在第一聚焦透镜（8）和光路扫描装置（3）之间；
所述第一激光器（5）采用高能脉冲激光器，第二激光器（17）采用波长可调谐激光器。
4.一种激光诱导击穿光谱和激光诱导荧光光谱联合的分析方法，其特征在于，通过第一激光器发射高能激光脉冲聚焦至待测样本表面，激光诱导待测样本的杂质层产生等离子体，通过第二激光器发射高能激光脉冲聚焦至所述的等离子体，诱导等离子体中的痕量元素发射荧光光谱，根据等离子体的光谱信号和荧光光谱信号对待测样本的杂质层元素进行分析。
5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，采用权利要求1所述的分析系统，包括以下步骤：
步骤1，控制系统（1）根据监测装置（2）拍摄的待测样本的表面图像锁定待分析区域，生成待空间扫描的位置坐标；
步骤2，控制系统（1）根据待空间扫描的位置坐标，调整光谱分析系统各光学元件的姿态，开启导引激光器，精确锁定分析位置，根据待测样本的空间构型的位置信息，得到光谱分析的探测距离、入射激光与待测样本之间的角度，调整光路传输模块中光学元件的位置；
步骤3，控制系统（1）按照特定时序分别触发第一激光器（5）、中阶梯光谱仪（16）和ICCD光谱仪（19），第一激光器（5）发射的高能脉冲激光依次经扩束整形模块（11）、激光合束器（6）、光路传输模块聚焦至待测样本，激光烧蚀待测样本的杂质层产生等离子体，中阶梯光谱仪（19）采集等离子体的光谱信息，ICCD光谱仪（19）采集不同时刻的等离子体图像；
步骤4，控制系统（1）触发第二激光器（17），第二激光器（17）发射的高能激光脉冲经扩束整形模块（11）、激光合束器（6）、光路传输模块聚焦后充分辐照所述的等离子体，等离子体中的痕量物质产生的荧光光谱通过光路传输模块传输至中阶梯光谱仪（16）；
步骤5，控制系统1的计算机分析系统基于步骤3的等离子体的光谱信息对待测样本的主量元素进行定量分析；基于步骤4的荧光光谱对杂质层中的痕量物质进行定量分析，给出测量点位的沉积杂质构成；
步骤6，重复步骤2-4，对待测样本同一位置的杂质层元素进行深度分析，控制系统（1）根据ICCD光谱仪（19）采集的等离子体图像数据，判断激光烧蚀的深度位置，当ICCD光谱仪（19）采集不到等离子体图像数据时，结束该位置的光谱分析；
步骤7，重复步骤2-6，对步骤1确定的所有位置进行沉积杂质成分的不同深度位置分析；
步骤8，完成所有位置的光谱分析后，重构出待测样本的杂质沉积层中不同元素的分布情况。
6.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，所述待测样品为EAST托卡马克装置偏滤器，步骤3中第一激光器（5）发射的高能脉冲激光的能量密度数值介于偏滤器杂质层损伤阈值和偏滤器钨金属损伤阈值之间。
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