CN203037573U - 基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，包括：计算机控制系统、波长可调太赫兹波发射模块、太赫兹波接收模块、三维扫描系统、磁约束聚变装置、若干抛面镜。本实用新型利用太赫兹波及光学过程层析成像技术，可以实现无损、原位、在线分析磁约束聚变装置第一镜表面杂质沉积层的成分及结构信息，对监测杂质灰尘分布情况，氘氚燃料滞留等热点问题有着不可比拟的优势。依据本实用新型可以开发出用于监测磁约束聚变装置内第一镜、第一壁表面沉积放电产生的杂质，及滞留的氘氚燃料，在安全检测领域必定有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学诊断领域，特别涉及基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置。
背景技术
磁约束聚变装置运行过程中放电等离子体温度高达上亿度，并伴随着极高的热流辐照和高能粒子流轰击，这使得常规接触式等离子体诊断设备无法工作。在现代磁约束核聚变装置中，光学诊断技术得到了广泛应用。光学诊断技术一般通过第一镜来直接观测放电等离子体。光学诊断设备通常需要拥有较为广阔的视角，这样第一镜不得不安装在磁约束聚变装置的真空放电腔室内广角度地暴露给等离子体。在现代磁约束核聚变装置中，正常运行条件下，都会产生一定量的杂质灰尘，并与燃料（氘，氚）相互作用共同沉积在第一镜表面。这种沉积杂质层将会造成第一镜光学性能下降，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。
太赫兹（Terahertz, THz）波通常指的是频率处在0.1THz~10THz之间的电磁波，介于微波和红外之间。太赫兹波具有比毫米波更短的波长，这使得太赫兹波成像具有更高的空间分辨率。研究发现，太赫兹光谱技术能够迅速地对样品组成的细微变化做出分析和鉴别，而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，使它能够对第一镜表面的尘埃杂质层的理化指标实现原位，在线分析研究。这可以在一定范围内纠正由于第一镜光学参数下降所产生的测量误差，并对于第一镜激光清洗工作具有指导意义，对于整个光学诊断技术的稳定运行十分重要。
发明内容
本实用新型的目的是：为解决上述现有技术中的技术问题，提供一种基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，能够实现无损、原位、在线分析磁约束聚变装置第一镜表面杂质沉积层的成分及结构信息，对监测杂质灰尘分布情况，氘氚燃料滞留等热点问题有着不可比拟的优势。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，包括：计算机控制系统1、波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、三维扫描系统12，磁约束聚变装置3、若干抛面镜；
所述计算机控制系统1通过数据线分别与波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、三维扫描系统12信号连接；
所述波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7平行放置，固定支架6两端对称设置第一抛面镜8和第四抛面镜11，第一抛面镜8和第四抛面镜11的反射面分别朝向波长可调谐太赫兹波发射模块2的发射端、太赫兹波接收模块7的接收端；第二抛面镜9设置于第一抛面镜8、第一镜5之间的反射光路上；第三抛面镜10设置于第二抛面镜9、第一镜5之间的反射光路上；第一镜5设置于磁约束聚变装置3内部。
所述波长可调谐太赫兹波发射模块2，通过信号线与计算机控制系统1相连接，在接到计算机控制系统1发出的指令后，波长可调谐太赫兹发射模块2产生宽谱太赫兹波(频率为0.1THz~10THz 的电磁波，可在0.1THz~10THz范围内选择性的输入。波长可调谐太赫兹波发射模块2输出的太赫兹波经第一抛面镜8、第二抛面镜9并通过安装在磁约束聚变装置3腔室上的太赫兹入射窗口4入射并聚焦到第一镜5表面；经第一镜5表面反射的太赫兹波通过太赫兹入射窗口4入射到第三抛面镜10上，经第四抛面镜11调整后，准直聚焦到太赫兹波接收模块7。
所述太赫兹波接受模块7受控于计算机控制系统1。计算机控制系统1发出指令控制可调谐太赫兹波发射模块2发射太赫兹波的同时，发出指令控制太赫兹接收模块7做好接收反射太赫兹波的准备。当太赫兹波准直聚焦到太赫兹接收模块7的太赫兹波传感器上时，太赫兹波接收模块7记录探测到的太赫兹反射信号（即携带第一镜表层杂质信息的反射率谱），并传入计算机控制系统1，进一步解析计算提取出该位置杂质成分及杂质层厚度信息。
所述三维扫描系统12受控于计算机控制系统1。当完成第一镜5表面某区域的测量任务后，计算机控制系统1发出指令，控制三维扫描系统12携带可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、第一抛面镜8、第二抛面镜9、第三抛面镜10及第四抛面镜11同步移动到下一个测量位置。
所述三维扫描系统12可以在三维空间内精密移动，保证了对于非平面类的第一镜5表面杂质测量的高稳定性。三维扫描系统12在计算机控制系统1的指引下可在平行于第一镜5表面的平面内移动。这样每次移动都可以保证了可调谐太赫兹波发射模块2输出端到第一镜5表面的测量点之间的太赫兹波传输距离保持不变，同理第一镜5表面的测量点的太赫兹波接收模块7接收端之间的距离保持不变。移动到新的位置后，计算机控制系统1控制可调谐太赫兹波发射模块2发射太赫兹波，控制太赫兹波接收模块7测量新位置的太赫兹反射谱，并结合太赫兹反射谱计算出该位置的杂质成分，及杂质层厚度信息。完成该位置的测量任务，计算机控制系统1发出指令控制三维扫描系统12移动到下一个指定位置。
以此类推，计算机控制系统1控制可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7和三维扫描系统12按着一定的时序协同工作，即三维扫描移动系统12接收计算机控制系统指令后，携带波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7与第一抛面镜8、第二抛面镜9、第三抛面镜10、第四抛面镜11同步移动，并通过扫描的方式获得第一镜5表面不同位置的杂质沉积情况。
本实用新型的有益效果是：本实用新型可以实现无损、原位、在线分析磁约束聚变装置第一镜表面杂质沉积层的成分及结构信息，对监测杂质灰尘分布情况，氘氚燃料滞留等热点问题有着不可比拟的优势。依据本实用新型可以开发出用于监测磁约束聚变装置内第一镜、第一壁表面沉积放电产生的杂质，及滞留的氘氚燃料，在安全检测领域必定有着广阔的应用前景。
附图说明
图1本实用新型基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置示意图。
附图标识：1-计算机控制系统，2-可调谐太赫兹波发射模块，3-磁约束聚变装置，4-太赫兹入射窗口，5-第一镜，6-固定支架，7-太赫兹接收接收模块，8-第一抛面镜，9-第二抛面镜，10-第三抛面镜，11-第四抛面镜，12-三维扫描系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，包括：计算机控制系统1、波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、三维扫描系统12，磁约束聚变装置3、若干抛面镜；
所述计算机控制系统1通过数据线分别与波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、三维扫描系统12信号连接；
所述波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7平行放置，固定支架6两端对称设置第一抛面镜8和第四抛面镜11，第一抛面镜8和第四抛面镜11的反射面分别朝向波长可调谐太赫兹波发射模块2的发射端、太赫兹波接收模块7的接收端；第二抛面镜9设置于第一抛面镜8、第一镜5之间的反射光路上；第三抛面镜10设置于第二抛面镜9、第一镜5之间的反射光路上；第一镜5设置于磁约束聚变装置3内部。
所述波长可调谐太赫兹波发射模块2，通过信号线与计算机控制系统1。参照图1，在接到计算机控制系统1发出的指令后，波长可调谐太赫兹发射模块2产生宽谱太赫兹波(频率为0.1THz~10THz 的电磁波，可在0.1THz~10THz范围内选择性的输入)。波长可调谐太赫兹波发射模块2输出的太赫兹波经第一抛面镜8、第二抛面镜9并通过安装在磁约束聚变装置3腔室上的太赫兹入射窗口4入射并聚焦到第一镜5表面；经第一镜5表面反射的太赫兹波通过太赫兹入射窗口4入射到第三抛面镜10上，经第四抛面镜11调整后，准直聚焦到太赫兹波接收模块7。
所述太赫兹波接受模块7受控于计算机控制系统1。,计算机控制系统1发出指令控制可调谐太赫兹波发射模块2发射太赫兹波的同时，发出指令控制太赫兹接收模块7做好接收反射太赫兹波的准备。当太赫兹波准直聚焦到太赫兹接收模块7的太赫兹波传感器上时，太赫兹波接收模块7将探测到太赫兹反射信号（即携带第一镜表层杂质信息的反射率谱）记录并传入计算机控制系统1，进一步解析计算提取出该位置杂质成分及杂质层厚度信息。
所述三维扫描系统12受控于计算机控制系统1。当完成第一镜5表面某区域的测量任务后，计算机控制系统1发出指令，控制三维扫描系统12携带可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7、第一抛面镜8、第二抛面镜9、第三抛面镜10及第四抛面镜11同步移动到下一个测量位置。
所述三维扫描系统12可以在三维空间内精密移动，保证了对于非平面类的第一镜5表面杂质测量的高稳定性。三维扫描系统12在计算机控制系统1的指引下可在平行于第一镜5表面的平面内移动。这样每次移动都可以保证了可调谐太赫兹波发射模块2输出端到第一镜5表面的测量点之间的太赫兹波传输距离保持不变，同理第一镜5表面的测量点的太赫兹波接收模块7接收端之间的距离保持不变。移动到新的位置后，计算机控制系统1控制可调谐太赫兹波发射模块2发射太赫兹波，控制太赫兹波接收模块7测量新位置的太赫兹反射谱，并结合太赫兹反射谱计算出该位置的杂质成分，及杂质层厚度信息。完成该位置的测量任务，计算机控制系统1发出指令控制三维扫描系统12移动到下一个指定位置。
以此类推，计算机控制系统1控制可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7和三维扫描系统12按着一定的时序协同工作，即三维扫描移动系统12接收计算机控制系统指令后，携带波长可调谐太赫兹波发射模块2、太赫兹波接收模块7与第一抛面镜8、第二抛面镜9、第三抛面镜10、第四抛面镜11同步移动，并通过扫描的方式获得第一镜5表面不同位置的杂质沉积情况。
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 (1)
1.基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置，其特征在于，所述基于反射式太赫兹光谱第一镜表面杂质分析装置包括：计算机控制系统（1）、波长可调谐太赫兹波发射模块（2）、太赫兹波接收模块（7）、三维扫描系统（12），磁约束聚变装置（3）、若干抛面镜；
所述计算机控制系统（1）通过数据线分别与波长可调谐太赫兹波发射模块（2）、太赫兹波接收模块（7）、三维扫描系统（12）信号连接；
所述波长可调谐太赫兹波发射模块（2）、太赫兹波接收模块（7）平行放置，固定支架（6）两端对称设置第一抛面镜（8）和第四抛面镜（11），第一抛面镜（8）和第四抛面镜（11）的反射面分别朝向波长可调谐太赫兹波发射模块（2）的发射端、太赫兹波接收模块（7）的接收端；第二抛面镜（9）设置于第一抛面镜（8）、第一镜（5）之间的反射光路上；第三抛面镜（10）设置于第二抛面镜（9）、第一镜（5）之间的反射光路上；第一镜（5）设置于磁约束聚变装置（3）内部。
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| CN106824923A (zh) * | 2017-03-16 | 2017-06-13 | 融之航信息科技（苏州）有限公司 | 一种复合材料表面涂层激光清洗装置及其清洗方法 |
| WO2019232792A1 (zh) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 深圳市华讯方舟太赫兹科技有限公司 | 一种三维层析成像系统及方法 |
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