烧蚀角度对激光诱导击穿光谱的影响研究
发布时间：2021-07-10 03:17
在聚变装置运行过程中,等离子体与壁材料相互作用（Plasma-Wall Interaction,PWI）的过程会引起燃料滞留、杂质沉积、材料溅射等一系列相互作用过程。利用激光诱导击穿光谱原位诊断托卡马克第一壁材料的可行性已经被验证,包括沉积层的成分和含量、深度分度、燃料滞留等多个过程。钨材料是重要的第一壁材料之一,研究等离子体与钨材料的相互作用对理解等离子体与壁材料相互作用的物理机理有重要的参考作用。另外在固定窗口原位诊断第一壁材料的过程中,不可避免地会涉及由于激光烧蚀角度不同而引起误差。考虑到这几个方面,本课题主要开展了以下几个方面的研究:本文第二章介绍了LIP的产生机理,LIBS的工作原理,等离子体辐射光谱的基本过程以及电子密度和电子温度的求解手段。介绍了搭建的实验室LIBS平台,设置了各实验装置之间的时序延迟,测试了在不同延迟下达到样品表面的激光能量。为后续实验研究做好理论和实验准备。本文第三章通过研究不同时间延迟下,钨等离子体的主要存在形式和具有代表性的钨等离子体谱线,确定了典型的钨原子和钨离子谱线。研究其在相同实验条件下谱线强度随时间演化规律,以及信背比随时间的演化规律,计算...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
971-2009年间各国通过核电而避免的死亡人数[4]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-制约等等优点被认为是解决能源问题的极具潜力的方案。目前，可能实现的核反应有以下几种：DDT(1.0MeV)p(3.0MeV)（1-1）32DDHe(0.8MeV)n(2.4MeV)（1-2）42DTHe(3.5MeV)n(14.1MeV)（1-3）3422DHeHe(3.7MeV)p(14.7MeV)（1-4）上述几种聚变反应的反应截面如图1-2所示：图1-2几种聚变反应的反应截面[11]其中最容易实现的聚变反应是D-T聚变反应。相对于其他能源而言，氘的储量非常丰富，每升海水中能够提炼出0.03g氘，所能产生的聚变能量相当于300升汽油。氚在自然界中虽然仅存在少量且具有放射性，但可通过锂制成，如公式（1-5）和（1-6）所示，且地壳中有大量的锂存在。除此之外，作为反应物的氘和锂都没有放射性。一旦“点火”成功，D-T聚变反应产生的额净能量大约是核裂变的4倍。6432LinTHe4.8MeV（1-5）7432Lin(2.5MeV)THen（1-6）但实现核聚变并非易事，除了提供足够高的温度以使颗粒能够克服库仑势垒之外，该温度还必须保持足够的约束时间和足够的粒子数密度。1957年，劳森证明了离子密度和约束时间的乘积决定了有效聚变的最低条件，即劳森判据：213Tn10keVs/m（1-7）正因聚变反应的条件如此苛刻，在聚变过程中，系统的任何故障都直接导致
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-7-图1-4LIDS、LIAS、LIBS的基本原理图[50]激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种利用激光照射烧蚀待测样品，在样品表面产生等离子体的原子发射光谱技术，通过分析等离子体发射光谱来实现对样品中的全元素识别和定量，已被认为是未来原子光谱分析法的“超级明星”。其原理图如图1-5所示。因其具有多元素同时快速分析、无需制备样品、未破坏分析、原位和在线分析等诸多优点，在煤质检测[51]、食品分析[52]、爆炸性残留物和其他有害物质的检测[53]、合金制造[54]、生物肥料[55]的检测等众多领域得到广泛认可。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状2001年，俄罗斯的Razdobarin等人首先提出了一种基于LIBS的新技术用于探测面向等离子体材料和下一代聚变装置（如ITER）中等离子体组件凹槽内的成分。通过简单的原理验证实验，证实了该方法的适用性，为核聚变装置中测量粉尘积累提供了一种有效的非侵入式原位表面分析方法。并指出了该方法的一些固有优点和难点[56]。2007年，法国的Grisolia等人率先将在研究加热激光脉冲后的表面温度相应的基础上进行LIBS实验研究，结果表明这两种方法结合使用，既可以测定共沉积层中氘浓度，又可以测定块状材料上共沉积碳的总量，并提出了一些将激光系统应用于托卡马克尚待解决的问题[57]。2011年，Gasiora等人通过实验证明了LIBS技术对于混合沉积层中存在的少量燃料也能得到结果，但应该重点研究校
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preliminary results of in situ laser-induced breakdown spectroscopy for the first wall diagnostics on EAST[J]. 胡振华,李聪,肖青梅,刘平,丁芳,毛红敏,吴婧,赵栋烨,丁洪斌,罗广南,EAST team. Plasma Science and Technology. 2017(02)
博士论文
[1]EAST壁材料纳秒激光诱导击穿光谱诊断技术研究[D]. 刘平.大连理工大学 2018
[2]聚变装置面对等离子体材料激光诱导击穿光谱原位诊断技术研究[D]. 李聪.大连理工大学 2015
[3]托卡马克类ITER第一壁材料激光烧蚀光谱和质谱研究[D]. 肖青梅.大连理工大学 2014
本文编号：3275075
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
971-2009年间各国通过核电而避免的死亡人数[4]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-制约等等优点被认为是解决能源问题的极具潜力的方案。目前，可能实现的核反应有以下几种：DDT(1.0MeV)p(3.0MeV)（1-1）32DDHe(0.8MeV)n(2.4MeV)（1-2）42DTHe(3.5MeV)n(14.1MeV)（1-3）3422DHeHe(3.7MeV)p(14.7MeV)（1-4）上述几种聚变反应的反应截面如图1-2所示：图1-2几种聚变反应的反应截面[11]其中最容易实现的聚变反应是D-T聚变反应。相对于其他能源而言，氘的储量非常丰富，每升海水中能够提炼出0.03g氘，所能产生的聚变能量相当于300升汽油。氚在自然界中虽然仅存在少量且具有放射性，但可通过锂制成，如公式（1-5）和（1-6）所示，且地壳中有大量的锂存在。除此之外，作为反应物的氘和锂都没有放射性。一旦“点火”成功，D-T聚变反应产生的额净能量大约是核裂变的4倍。6432LinTHe4.8MeV（1-5）7432Lin(2.5MeV)THen（1-6）但实现核聚变并非易事，除了提供足够高的温度以使颗粒能够克服库仑势垒之外，该温度还必须保持足够的约束时间和足够的粒子数密度。1957年，劳森证明了离子密度和约束时间的乘积决定了有效聚变的最低条件，即劳森判据：213Tn10keVs/m（1-7）正因聚变反应的条件如此苛刻，在聚变过程中，系统的任何故障都直接导致
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-7-图1-4LIDS、LIAS、LIBS的基本原理图[50]激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种利用激光照射烧蚀待测样品，在样品表面产生等离子体的原子发射光谱技术，通过分析等离子体发射光谱来实现对样品中的全元素识别和定量，已被认为是未来原子光谱分析法的“超级明星”。其原理图如图1-5所示。因其具有多元素同时快速分析、无需制备样品、未破坏分析、原位和在线分析等诸多优点，在煤质检测[51]、食品分析[52]、爆炸性残留物和其他有害物质的检测[53]、合金制造[54]、生物肥料[55]的检测等众多领域得到广泛认可。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状2001年，俄罗斯的Razdobarin等人首先提出了一种基于LIBS的新技术用于探测面向等离子体材料和下一代聚变装置（如ITER）中等离子体组件凹槽内的成分。通过简单的原理验证实验，证实了该方法的适用性，为核聚变装置中测量粉尘积累提供了一种有效的非侵入式原位表面分析方法。并指出了该方法的一些固有优点和难点[56]。2007年，法国的Grisolia等人率先将在研究加热激光脉冲后的表面温度相应的基础上进行LIBS实验研究，结果表明这两种方法结合使用，既可以测定共沉积层中氘浓度，又可以测定块状材料上共沉积碳的总量，并提出了一些将激光系统应用于托卡马克尚待解决的问题[57]。2011年，Gasiora等人通过实验证明了LIBS技术对于混合沉积层中存在的少量燃料也能得到结果，但应该重点研究校
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preliminary results of in situ laser-induced breakdown spectroscopy for the first wall diagnostics on EAST[J]. 胡振华,李聪,肖青梅,刘平,丁芳,毛红敏,吴婧,赵栋烨,丁洪斌,罗广南,EAST team. Plasma Science and Technology. 2017(02)
博士论文
[1]EAST壁材料纳秒激光诱导击穿光谱诊断技术研究[D]. 刘平.大连理工大学 2018
[2]聚变装置面对等离子体材料激光诱导击穿光谱原位诊断技术研究[D]. 李聪.大连理工大学 2015
[3]托卡马克类ITER第一壁材料激光烧蚀光谱和质谱研究[D]. 肖青梅.大连理工大学 2014
本文编号：3275075
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