一種采用偏振光檢測托卡馬克聚變堆第一壁損傷的方法。所述的檢測系統由光學平臺支架、偏振光源、偏振分析儀及檢測探頭、被檢測的第一壁等組成。偏振光源發出的特定波長激光經第一壁表面反射后，由偏振分析儀及檢測探頭獲取反射光圓偏振分量,可實現對第一壁表面材料變化的檢測。與常用偏振光檢測方法不同，該方法是在布儒斯特角附近，旋轉入射光振動面，利用邦加球中反射光斯托克斯矢量軌跡，實現對第一壁反射光圓偏振分量的快速測量。本發明專利技術為托卡馬克聚變堆第一壁表面損傷提供了一種可行的檢測方法。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及偏振光檢測托卡馬克聚變堆第一壁損傷領域，具體涉及利用從第一壁反射光的圓偏振分量，實現對第一壁損傷的檢測。
技術介紹
第一壁材料損傷是磁約束聚變堆商業運行的關鍵問題之一。托卡馬克聚變堆正常運行時，第一壁除受到高溫等離子體發射的高能中子(14MeV)、氦原子(3.5MeV)、光子能量的強輻照作用外，還會受到高能逃逸粒子流的撞擊，特別是等離子體放電或等離子體破裂時，會產生大量高能逃逸電子撞擊第一壁表面材料，造成嚴重的局部損傷，從而使部件喪失功能而需要更換。例如ITER規模的實驗堆，放電破裂、等離子體熄滅、VDE事件等，破裂時的能量損失包括熱猝滅和電流猝滅兩個階段。熱猝滅階段Γ1毫秒)，約95%的等離子體內能所產生的高熱負荷作用到第一壁上。電流猝滅階段(幾十毫秒)，高達 70%的等離子體電流Γ15ΜΑ)轉化為逃逸電流，部分電子加速至相對論速度，形成能量高達飛OMeV逃逸電子打在面向等離子體部件上，且偏濾器位形使逃逸電子能量沉積呈顯著局域化，對第一壁造成嚴重的局部損傷。 此外，來自等離子體芯部的穩態能流、粒子流不僅濺射刻蝕表面原子，而且進入基體的H/He對結構材料也會產生影響，如第一壁鎢材料，其表面會發生捕獲聚集、長大起泡甚至形成表面納米絲狀結構，降低了表面熱導率，增大熔化可能性。因此，聚變堆運行時需要具有在線檢測第一壁表面狀況的手段，這對聚變堆安全運行具有重要意義。目前，對第一壁表面損傷進行檢測的有效方法大多處在研發階段，調研情況表明主要有以下幾個方面:采用基于原位和高時間分辨率方法研究材料刻蝕、遷移、再沉積機制；采用散斑干涉儀檢測材料表面刻蝕形貌；運用激光誘導擊穿光譜對共沉積層化學成分變化和H滯留含量的原位監測；利用CdTe半導體探測器和BGO閃爍體診斷系統，探測逃逸電子對第一壁材料產生的硬X射線軔致輻射；利用紅外測量與數字圖像相關分析的光學應變分布測量方法；利用電磁超聲無損檢測界面缺陷與第一壁層厚變化。由于物體反射具有二向性反射特點，因此除了光強、光譜信息外，還可利用反射光偏振信息來檢測材料光學性質。利用反射光的偏振度檢測識別物體狀態是一種常用的方法，在檢測領域有廣泛的應用。但現有的偏振信息檢測方法中，利用反射光中圓偏振分量識別物質狀態變化的方法卻很少，主要原因:一是反射光中圓偏振分量所占比例小，一般認為對偏振度的影響可忽略不計，二是檢測圓偏振分量方法在技術上要求較高，檢測困難。圓偏振分量包含有反射物體特性的參量(如物體的電導率、磁導率、介電系數等)，有效檢測出反射光的圓偏振分量與其它偏振分量之間關系更有利于檢測出材料表面狀態。
技術實現思路
本專利技術技術解決問題:克服現有技術的不足，提供一種偏振光檢測托卡馬克聚變堆第一壁損傷的方法，為了解決在線檢測聚變堆第一壁表面損傷狀況問題，實現對第一壁表面材料變化的快速檢測。本專利技術采用的技術方案為:包括以下步驟:步驟1:設置線偏振光源。選擇可見/近紅外波段的激光作為線偏振光源，如632nm、1050nm激光源；要求激光源的光振動面能夠作360度旋轉調節，也可以通過1/4波片與偏振片的組合實現光振動360度旋轉調節；步驟2:確定第一壁位置，使從線偏振光源的入射光線與第一壁入射角為Θ。要求此入射角Θ在布儒斯特角0b±5°范圍(對于一般介質5(Γ60度即可)；步驟3:確定探頭位置，使探頭垂直于反射光方向。要求入射到探頭感光材料面上的光為第一壁反射光，為避免探頭側壁反射光的影響，可在探頭前加光闌透鏡組合實現此要求；步驟4:調節線偏振光源的偏振面，使入射線偏振光振動面旋轉360度；步驟5:記錄偏振分析儀檢測到的各偏振分量。由于步驟4步驟中入射偏振光旋轉了 360度，由偏振分析儀檢測可得歸一化的stockes矢量在邦加球面上形成一封閉的圓形軌跡。改變入射角Θ (改變角度范圍為1-2度)，第一壁的反射光的stockes矢量在邦加球中軌跡也會變化。步驟6:通過對比上述過程中反射光在邦加球的軌跡與事先已標定的各種第一壁反射光在邦加球中軌跡，可以快速識別第一壁表面材料的變化情況。如果檢測出第一壁表面反射光的stockes矢量在邦加球面上軌跡，與邦加球赤道面差異小，反射光的圓偏振分量難以檢測，可以返回到步驟2，變換入射角Θ，重新檢測第一壁的反射光的stockes矢量在邦加球面上的軌跡。 本專利技術與現有技術相比的優點在于:(I) 一般材料表面的反射光中圓偏振分量的比例很小而常被忽略，但這一部分圓偏振分量卻包含著材料表面豐富的物理特性信息。本專利技術由于采用可調節偏振面的線偏振激光源作為入射光源，當入射角在布儒斯特角附近、入射光振動面接近入射面時，入射光的垂直分量能量極小(與平行分量比較)，反射光的平行分量與垂直分量的能量相當，反射光的平行與垂直分量產生相位差而導致的橢率最為顯著，從而檢測出圓偏振分量，由此可以實現一般偏振度檢測方法中忽略的圓偏振分量的檢測。利用邦加球中stockes矢量的軌跡與標定進行對比，可實現對第一壁表面材料變化的快速檢測。(2)本專利技術采用圓偏振分量與線偏振分量相結合的方法檢測第一壁損傷，具有非接觸、準確、快速、簡便等特點。附圖說明圖1為光路原理示意圖。圖中左邊是邦加球，邦加球中給出了兩種偏振光狀態(stockes矢量)Sin (入射光)Swt (出射光)在邦加球中位置，M為穆勒矩陣；圖中右邊，Θ為入射角，I是可調偏振面的激光源，3是第一壁表面材料，2、5分別是調整支架，4、7分別是偏振分析探頭與分析儀；圖2為入射角Θ =58° ,入射光振動面旋轉一周，從第一壁表面反射光stockes矢量在邦加球中的軌跡。具體實施例方式下面結合附圖給出本專利技術的具體實施方式，以詳細說明本專利技術的技術方案。如圖1所示，為本專利技術具體實施的光路原理圖。步驟I設置線偏振光源I。(線偏振光源I為可見/近紅外激光。本實例采用波長為650nm、可調偏振光振動面激光源)線偏振光源I固定在一個可以調整角度的支架2上，如圖1所示，使線偏振光源I對準第一壁表面3。步驟2調整第一壁位置。使偏振入射光以Θ =58°度左右入射角照在第一壁表面3。步驟3確定偏振分析儀探頭4的位置。偏振分析儀的探頭固定在可調節支架上5，調整探頭角度與光闌透鏡組合6，使得從第一壁反射光能夠垂直落在探頭的感光材料面上。步驟4調節線偏振光源1，使入射光偏振面旋轉360°。步驟5利用偏振分析儀7檢測并記錄從第一壁反射光的偏振信息，在邦加球中顯示反射光stockes矢量軌跡，圖2中點狀的橢圓為入射角Θ = 58°時,某種材料反射光的stockes矢量軌跡。步驟6標定標準狀態的第一壁(未損傷)反射光的stockes矢量軌跡，實驗中通過對比標準第一壁stockes矢量軌跡，可快速判斷第一壁表面材料變化情況，從而實現對第一壁損傷檢測。步驟7如某一入射角Θ，反射光的stockes矢量軌跡圖靠近赤道面，圓偏振分量不明顯，可通過調節入射角Θ 土 Λ Θ (改變角度范圍為Λ Θ為1-2度)，然后從步驟I重新檢測。以上雖然描述了本專利技術的具體實施方法，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，在不背離本專利技術原理和實現的前提下，可以對這些實施方案做出多種變更或修改(例如，偏振光源可以是可見光、近紅外可調激光源或普通可調線偏振光源，旋轉振動面也可通本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種采用偏振光檢測托卡馬克聚變堆第一壁損傷的方法，其特征包含以下步驟：步驟1:設置線偏振光源，要求線偏振光源的光振動面能夠作360度旋轉調節；步驟2:確定托卡馬克第一壁損傷位置，使從線偏振光源出射的光線與第一壁夾角為50°＜θ＜60°；步驟3:調整偏振分析儀探頭的位置,通過光闌透鏡組合確保反射光垂直入射到探頭感光材料面上；步驟4:調節線偏振光源的振動面方向，使入射線偏振光振動面旋轉360度；步驟5:記錄偏振分析儀檢測到的各偏振分量，繪出反射光的斯托克斯(stockes)矢量在邦加球中的軌跡圖；步驟6:對比偏振分析儀檢測到上述過程中反射光在邦加球的軌跡與事先標定的各種第一壁表面材料反射光在邦加球中軌跡，識別第一壁表面材料的變化情況；步驟7:如果偏振分析儀檢測出的第一壁反射光在邦加球中軌跡接近赤道面，反射光的圓偏振分量難以檢測，回到步驟2，變換入射角θ，重新檢測第一壁的反射光的斯托克斯（stockes）矢量在邦加球面上的軌跡。
【技術特征摘要】
1.一種采用偏振光檢測托卡馬克聚變堆第一壁損傷的方法，其特征包含以下步驟: 步驟1:設置線偏振光源，要求線偏振光源的光振動面能夠作360度旋轉調節； 步驟2:確定托卡馬克第一壁損傷位置，使從線偏振光源出射的光線與第一壁夾角為50。< Θ < 60° ; 步驟3:調整偏振分析儀探頭的位置，通過光闌透鏡組合確保反射光垂直入射到探頭感光材料面上； 步驟4:調節線偏振光源的振動面方向，使入射線偏振光振動面旋轉360度； 步驟5:記錄偏振分析儀檢測到的各偏振分量，繪出反射光的斯托克斯(stockes)矢量在邦加球中的軌跡圖； 步驟6:對比偏振分析儀檢測到上述過程中反射光在邦加球的軌跡與事先標定...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊錦宏，儲德林，楊溢，汪衛華，韓雙喜，陶安，馬書炳，陳宇，王平，麻曉敏，梅洛勤，鄧海飛，王俊，潘保國，王保明，史博，單會會，張強華，王鵬，
申請(專利權)人：中國人民解放軍陸軍軍官學院，
類型：發明
國別省市：
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