離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及應用于離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕環(huán)境中的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置及方法。包括離子束流引出真空系統(tǒng)、液態(tài)金屬回路系統(tǒng)和樣品輻照室，所述的離子束流引出真空系統(tǒng)包括離子束傳輸真空管道，離子束傳輸真空管道上沿離子束傳輸方向依次設(shè)置有電磁掃描設(shè)備、氣動真空隔斷閥、快速響應真空閥、波紋管和冷卻水套，離子束傳輸真空管道上還安裝有真空泵、離子束流探測器、離子束斑探測器、液態(tài)金屬泄漏腔和液態(tài)金屬探測器，所述的液態(tài)金屬回路系統(tǒng)和樣品輻照室相連，液態(tài)金屬回路系統(tǒng)主要包括熔化腔、液態(tài)金屬閥門、刻度腔、真空泵及Ar氣路系統(tǒng)等。該裝置可以實現(xiàn)液態(tài)金屬腐蝕和強輻照環(huán)境中的材料結(jié)構(gòu)和性能研究。
【專利說明】離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應用于離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕環(huán)境中的材料性能測試實驗設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核能可持續(xù)發(fā)展面臨著核廢料尤其是長壽命核廢料的最終處理處置的世界性難題。1980年代后期以來，加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)(ADS)作為核能可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)路線在國際核能界受到普遍重視。由于具有良好的中子學和物理性能(高熱導和熱熔、低熔點和蒸汽壓以及化學惰性等)，Pb-Bi合金(LBE)是目前公認的ADS靶材兼冷卻劑首選材料。服役于LBE作為散裂靶兼冷卻劑ADS系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)材料面臨著非常惡劣的工況，不僅有高溫(300-800°C )、高熱負載(10MW/m2)、高能質(zhì)子和中子引起的強輻照(lOOdpa/year)、強腐蝕(幾十um/year),同時還有高He產(chǎn)率(100appm/dpa)及瞬間應力。在過去的幾十年中，人們針對不同核能系統(tǒng)環(huán)境中的結(jié)構(gòu)材料開展了大量輻照損傷，但涉及液態(tài)PbBi腐蝕和輻照協(xié)同作用引起的結(jié)構(gòu)材料性能退化問題尚未解決，無論從實驗技術(shù)，還是相關(guān)物理過程，都需要開展大量的攻關(guān)和強化研究。目前國內(nèi)缺乏相關(guān)的實驗平臺或裝置用于開展輻照/腐蝕協(xié)同作用研究，迫切需要建立該類型的實驗裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置。從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特點是包括離子束流引出真空系統(tǒng)、液態(tài)金屬回路系統(tǒng)和樣品輻照室，所述的離子束流引出真空系統(tǒng)包括離子束傳輸真空管道，離子束傳輸真空管道上沿離子束傳輸方向依次設(shè)置有氣動真空隔斷閥、快速響應真空閥、波紋管和冷卻水套，電磁掃描設(shè)備設(shè)置在離子束傳輸真空管道前端外圍，液態(tài)金屬泄漏腔與離子束傳輸真空管道相連，離子束傳輸真空管道上還安裝有第一真空泵、半攔截式離子束流探測器、第一離子束斑探測器、攔截式離子束流探測器、第二離子束斑探測器和液態(tài)金屬探測器，所述的樣品輻照室安裝在離子束傳輸真空管道端部，樣品安裝在樣品輻照室內(nèi)，樣品輻照室與液態(tài)金屬回路系統(tǒng)相連，所述的液態(tài)金屬回路系統(tǒng)包括液態(tài)金屬熔化腔，液態(tài)金屬熔化腔上蓋通過氣路管道分別與Ar氣鋼瓶和刻度腔上蓋相連，液態(tài)金屬熔化腔通過液態(tài)金屬回路管道分別與刻度腔和樣品輻照室相連。
[0005]所述的Ar氣鋼瓶與液態(tài)金屬熔化腔上蓋之間的氣路管道上依次設(shè)置有第一 Ar氣閥、氣體過濾器和第二 Ar氣閥；所述的刻度腔與液態(tài)金屬熔化腔上蓋之間的氣路管道上依次設(shè)置有第二真空氣閥、第二真空泵和第一真空氣閥；所述的刻度腔與液態(tài)金屬熔化腔之間的液態(tài)金屬回路管道上依次設(shè)置有第三液態(tài)金屬閥、加熱器、電磁流量計、第一液態(tài)金屬閥和液態(tài)金屬泄露口 ；所述的樣品輻照室通過液態(tài)金屬泵和第二液態(tài)金屬閥與電磁流量計和第一液態(tài)金屬閥之間的液態(tài)金屬回路管道相連；所述的刻度腔與樣品輻照室通過液態(tài)金屬回路管道相連，刻度腔與樣品室之間的液態(tài)金屬回路管道上依次設(shè)置有第四液態(tài)金屬閥和液態(tài)金屬冷卻器；所述的刻度腔內(nèi)還設(shè)置有液態(tài)金屬液位探測器。
[0006]所述的電磁掃描設(shè)備放置在離子束傳輸真空管道前端外圍，電磁掃描設(shè)備后的離子束傳輸真空管道上接第一真空泵，半攔截式離子束流探測器安裝在第一真空泵后的離子束傳輸真空管道上，半攔截式離子束流探測器后的離子束傳輸真空管道上安裝第一離子束斑探測器上，第一離子束斑探測器后的離子束傳輸真空管道上依次安裝氣動真空隔斷閥和快速響應真空閥，快速響應真空閥通過波紋管與攔截式離子束流探測器連接，攔截式離子束流探測器后接液態(tài)金屬泄漏腔，液態(tài)金屬泄漏腔后接第二離子束斑探測器，第二離子束斑探測器后接冷卻水套，冷卻水套后接液態(tài)金屬探測器，液態(tài)金屬探測器與樣品輻照室相連。
[0007]所述的半攔截式離子束流探測器、第一離子束斑探測器、第二離子束斑探測器和攔截式離子束流探測器的中心處于離子束流傳輸真空管道的水平中軸線上，離子束傳輸方向應與離子束流傳輸真空管道的水平軸線重合，第一離子束斑探測器和第二離子束斑探測器平面與離子束傳輸方向呈45°夾角。
[0008]所述的液態(tài)金屬熔化腔后接第一液態(tài)金屬閥，第一液態(tài)金屬閥后的液態(tài)金屬回路管道分成兩個支路，一支路通過第二液態(tài)金屬閥液態(tài)與金屬泵連接，另一支路與電磁流量計連接；電磁流量計后接加熱器，加熱器與第三液態(tài)金屬閥連接，第三液態(tài)金屬閥后分成兩個支路，一個支路與刻度腔連接，另一支路通過第四液態(tài)金屬閥與液態(tài)金屬冷卻器連接，液態(tài)金屬冷卻器后接樣品輻照室，高溫液態(tài)金屬經(jīng)過樣品輻照室連接液態(tài)金屬泵形成閉合循環(huán)回路。
[0009]所述的Ar氣鋼瓶與氣體過濾器連接，氣體過濾器通過氣路管道與液態(tài)金屬熔化腔的上蓋相連，液態(tài)金屬熔化腔連接液態(tài)金屬回路，液態(tài)金屬熔化腔上蓋設(shè)置氣壓表和放氣閥，刻度腔上蓋設(shè)置氣壓表、放氣閥和液態(tài)金屬液位探測器。
[0010]所述的樣品輻照室的樣品垂直于離子束流方向，液態(tài)金屬流動方向與樣品法線方向呈50°角。
[0011]所述的離子束流引出真空系統(tǒng)的第一真空泵和氣動真空隔斷閥與快速響應真空閥聯(lián)動控制，當系統(tǒng)真空度大于5 X 10_4Pa時，馬上關(guān)閉快速響應真空閥，隨之關(guān)閉氣動真空隔斷閥，液態(tài)金屬探測器與液態(tài)金屬泵和快速響應真空閥聯(lián)動控制，當液態(tài)金屬探測器檢測到金屬液體泄漏時，馬上停止液態(tài)金屬泵運行并關(guān)閉快速響應真空閥，隨之關(guān)閉氣動真空隔斷閥。
[0012]所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置的使用方法，其特點在于包括如下步驟:
[0013](1)在實驗裝置啟動前，先將一定量的金屬鑄錠放入液態(tài)金屬熔化腔內(nèi)并對其進行密封，然后開啟液態(tài)金屬回路系統(tǒng)的第二真空泵，當系統(tǒng)真空度達到IX 10_4Pa時關(guān)閉氣閥并停止第二真空泵運行；開啟熔化腔加熱器及液態(tài)金屬回路預熱器電源，當液態(tài)金屬熔化腔的金屬完全熔化時，打開第一 Ar氣閥和第二 Ar氣閥，由Ar氣瓶為液態(tài)金屬熔化腔加壓，依次打開第一、第二及第四液態(tài)金屬閥門，啟動液態(tài)金屬泵將液態(tài)金屬輸送至刻度腔，進行電磁流量計標定工作；[0014](2)完成電磁流量計標定之后，打開第一 Ar氣閥和第二 Ar氣閥，開啟第一液態(tài)金屬閥門、第二液態(tài)金屬閥門、第三液態(tài)金屬閥門及第四液態(tài)金屬閥，啟動液態(tài)金屬泵向液態(tài)金屬回路充液態(tài)金屬，當液態(tài)金屬充滿回路管道時關(guān)閉第一液態(tài)金屬閥門，液態(tài)金屬在泵的驅(qū)動下開始在回路中循環(huán)；
[0015](3)開啟離子束流引出真空系統(tǒng)的第一真空泵，當系統(tǒng)真空達到IX 10_5Pa時，啟動電磁掃描系統(tǒng)，通過離子束斑探測器對離子束斑大小及均勻性實時觀測，不斷調(diào)整電磁掃描系統(tǒng)參數(shù)，保證輻照在樣品的束流均勻性大于95% ；
[0016](4)降下半攔截式束流探測器和攔截式束流探測器，同時降下第一離子束斑探測器，打開真空隔斷閥和快響應真空閥，通過聯(lián)合半攔截式束流探測器和攔截式束流探測器，完成離子束流強度標定工作；
[0017](5)輻照實驗開始前，升起攔截式束流探測器，降下第一、第二束斑探測器，確保真空隔斷閥和快響應真空閥處于開啟狀態(tài)，打開束流輸運系統(tǒng)，即可進行輻照和腐蝕協(xié)同作用實驗。
[0018]所述的液態(tài)金屬回路運行溫度范圍為200°C -600 °C,樣品室溫度控制在300°C _550°C范圍內(nèi)；液態(tài)金屬回路中液態(tài)金屬最大流速為2m/s。
[0019]采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為:所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其包括離子束流引出真空系統(tǒng)、液態(tài)金屬回路系統(tǒng)及樣品輻照室。該裝置可以實現(xiàn)液態(tài)金屬腐蝕和強輻照環(huán)境中的材料結(jié)構(gòu)和性能研究、材料腐蝕測試及液態(tài)金屬流動性實驗分析等多項功能。實現(xiàn)了 “高能離子輻照”與“液態(tài)金屬腐蝕”實驗條件相結(jié)合，可以用于ADS系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)材料輻照/腐蝕協(xié)同作用模擬研究。提高了裝置的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0021]圖中:1、離子束傳輸真空管道；1-1、第一 Ar氣閥；1_2、第二 Ar氣閥；2、離子束傳輸方向；2_1、第一真空氣閥；2-2、第二真空氣閥；3、電磁掃描設(shè)備；3-1、第一液態(tài)金屬閥；3-2、第二液態(tài)金屬閥；3-3、第三液態(tài)金屬閥；3-4第四液態(tài)金屬閥；4、第一真空泵；5、半攔截式離子束流探測器；6、第一離子束斑探測器；7、氣動真空隔斷閥；8、快速響應真空閥；9、波紋管；10、攔截式離子束流探測器；11、液態(tài)金屬泄漏腔；12、第二離子束斑探測器；13、冷卻水套；14、液態(tài)金屬探測器；15、樣品福照室；16、樣品；17、Ar氣鋼瓶；18、氣體過濾器；19、液態(tài)金屬熔化腔；20、液態(tài)金屬泄露口 ；21、液態(tài)金屬回路管道；22、電磁流量計；23、加熱器；24、刻度腔；25、液態(tài)金屬液位探測器；26、液態(tài)金屬冷卻器；27、第二真空泵；28、液態(tài)金屬泵；29、氣路管道。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0023]如圖1所示，所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特點是包括包括離子束流引出真空系統(tǒng)、液態(tài)金屬回路系統(tǒng)和樣品輻照室15，所述的離子束流引出真空系統(tǒng)包括離子束傳輸真空管道1，離子束傳輸真空管道1上沿離子束傳輸方向2依次設(shè)置有氣動真空隔斷閥7、快速響應真空閥8、波紋管9和冷卻水套13，電磁掃描設(shè)備3設(shè)置在離子束傳輸真空管道1前端外圍，液態(tài)金屬泄漏腔11與離子束傳輸真空管道1相連，離子束傳輸真空管道1上還安裝有第一真空泵4、半攔截式離子束流探測器5、第一離子束斑探測器6、攔截式離子束流探測器10、第二離子束斑探測器12和液態(tài)金屬探測器14，所述的樣品福照室15安裝在尚子束傳輸真空管道1端部，樣品16安裝在樣品福照室15內(nèi)，樣品福照室15與液態(tài)金屬回路系統(tǒng)相連，所述的液態(tài)金屬回路系統(tǒng)包括液態(tài)金屬熔化腔19,液態(tài)金屬熔化腔19上蓋通過氣路管道29分別與Ar氣鋼瓶17和刻度腔24上蓋相連，液態(tài)金屬熔化腔19通過液態(tài)金屬回路管道21分別與刻度腔24和樣品輻照室相連。
[0024]進一步，所述的Ar氣鋼瓶17與液態(tài)金屬熔化腔19上蓋之間的氣路管道29上依次設(shè)置有第一 Ar氣閥1-1、氣體過濾器18和第二 Ar氣閥1_2 ;所述的刻度腔24與液態(tài)金屬熔化腔19上蓋之間的氣路管道29上依次設(shè)置有第二真空氣閥2-2、第二真空泵27和第一真空氣閥2-1 ;所述的刻度腔24與液態(tài)金屬熔化腔19之間的液態(tài)金屬回路管道21上依次設(shè)置有第三液態(tài)金屬閥3-3、加熱器23、電磁流量計22、第一液態(tài)金屬閥3-1和液態(tài)金屬泄露口 20 ;所述的樣品輻照室的樣品室15通過液態(tài)金屬泵28和第二液態(tài)金屬閥3-2與電磁流量計22和第一液態(tài)金屬閥3-1之間的液態(tài)金屬回路管道21相連；所述的刻度腔24下部與樣品輻照室的樣品室15通過液態(tài)金屬回路管道21相連；刻度腔24與樣品輻照室15之間的液態(tài)金屬回路管道21上依次設(shè)置有第四液態(tài)金屬閥3-4和液態(tài)金屬冷卻器26 ;所述的刻度腔24內(nèi)還設(shè)置有液態(tài)金屬液位探測器25。
[0025]進一步，所述的電磁掃描設(shè)備3放置在離子束傳輸真空管道1前端外圍，電磁掃描設(shè)備3后的離子束傳輸真空管道1上接第一真空泵4，半攔截式離子束流探測器5安裝在第一真空泵4后的離子束傳輸真空管道1上，半攔截式離子束流探測器5后的離子束傳輸真空管道1上安裝第一離子束斑探測器6上，第一離子束斑探測器6后的離子束傳輸真空管道1上依次安裝氣動真空隔斷閥7和快速響應真空閥8，快速響應真空閥8通過波紋管9與攔截式離子束流探測器10連接，攔截式離子束流探測器10后接液態(tài)金屬泄漏腔11，液態(tài)金屬泄漏腔11后接第二離子束斑探測器12，第二離子束斑探測器12后接冷卻水套13，冷卻水套13后接液態(tài)金屬探測器14，液態(tài)金屬探測器14與樣品輻照室相連。
[0026]進一步，所述的半攔截式離子束流探測器5、第一離子束斑探測器6、第二離子束斑探測器12和攔截式離子束流探測器10的中心處于離子束流傳輸真空管道1的水平中軸線上，離子束傳輸方向2應與離子束流傳輸真空管道1的水平軸線重合，第一離子束斑探測器6和第二離子束斑探測器12平面與離子束傳輸方向2呈45°夾角。
[0027]進一步，所述的液態(tài)金屬熔化腔19后接第一液態(tài)金屬閥3-1，第一液態(tài)金屬閥3-1后的液態(tài)金屬回路管道21分成兩個支路，一支路通過第二液態(tài)金屬閥3-2與液態(tài)金屬泵28連接，另一支路與電磁流量計22連接；電磁流量計22后接加熱器23，加熱器23與第三液態(tài)金屬閥3-3連接，第三液態(tài)金屬閥3-3后分成兩個支路，一個支路與刻度腔24連接，另一支路通過第四液態(tài)金屬閥3-4與液態(tài)金屬冷卻器26連接，液態(tài)金屬冷卻器26后接樣品輻照室，高溫液態(tài)金屬經(jīng)過樣品輻照室連接液態(tài)金屬泵形成閉合循環(huán)回路。
[0028]進一步，所述的Ar氣鋼瓶17與氣體過濾器18連接，氣體過濾器18通過氣路管道29與液態(tài)金屬熔化腔19的上蓋相連，液態(tài)金屬熔化腔19連接液態(tài)金屬回路，液態(tài)金屬熔化腔19上蓋設(shè)置氣壓表和放氣閥，刻度腔24上蓋設(shè)置氣壓表、放氣閥和液態(tài)金屬液位探測器25。
[0029]進一步，所述的樣品輻照室15的樣品16垂直于離子束流方向，液態(tài)金屬流動方向與樣品16法線方向呈50°角。
[0030]進一步，所述的離子束流引出真空系統(tǒng)的第一真空泵4和氣動真空隔斷閥7與快速響應真空閥8聯(lián)動控制，當系統(tǒng)真空度變差超過5 X 10_4Pa時，馬上關(guān)閉快速響應真空閥8，隨之關(guān)閉氣動真空隔斷閥7，液態(tài)金屬探測器14與液態(tài)金屬泵28和快速響應真空閥8聯(lián)動控制，當液態(tài)金屬探測器14檢測到金屬液體泄漏時，馬上停止液態(tài)金屬泵28運行并關(guān)閉快速響應真空閥8，隨之關(guān)閉氣動真空隔斷閥7。
[0031]所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置的使用方法，其特點在于包括如下步驟:
[0032](1)在實驗裝置啟動前，先將一定量的金屬鑄錠放入液態(tài)金屬熔化腔19內(nèi)并對其進行密封，然后開啟液態(tài)金屬回路系統(tǒng)的第二真空泵27，當系統(tǒng)真空度達到1X 10_4Pa時關(guān)閉氣閥并停止第二真空泵27運行，開啟液態(tài)金屬熔化腔19加熱器及液態(tài)金屬回路加熱器23電源，當熔化腔的金屬完全熔化時，打開第一 Ar氣閥1-1和第二 Ar氣閥1_2，由Ar氣瓶為熔化腔加壓，依次打開第一液態(tài)金屬閥門3-1、第二液態(tài)金屬閥門3-2及第四液態(tài)金屬閥門3-4，啟動液態(tài)金屬泵28將液態(tài)金屬輸送至刻度腔24，聯(lián)合液位探測器25進行電磁流量計22標定工作。
[0033](2)完成電磁流量計標定之后，打開第一 Ar氣閥1-1和第二 Ar氣閥1-2，開啟第一液態(tài)金屬閥門3-1、第二液態(tài)金屬閥門3-2、第三液態(tài)金屬閥門3-3及第四液態(tài)金屬閥3-4，啟動液態(tài)金屬泵28向液態(tài)金屬回路充液態(tài)金屬，當液態(tài)金屬充滿回路管道時關(guān)閉第一液態(tài)金屬閥門3-1，液態(tài)金屬在泵28的驅(qū)動下開始在回路中循環(huán)；
[0034](3)開啟離子束流引出真空系統(tǒng)的第一真空泵4，當系統(tǒng)真空達到IX 10_5Pa時，啟動電磁掃描系統(tǒng)3，通過第一離子束斑探測器6對離子束斑大小及均勻性實時觀測，不斷調(diào)整電磁掃描系統(tǒng)參數(shù)，保證輻照在樣品16的束流均勻性優(yōu)于95% ；
[0035](4)降下半攔截式束流探測器5和攔截式束流探測器10，同時降下第一離子束斑探測器6，打開真空隔斷閥7和快響應真空閥8，通過聯(lián)合半攔截式束流探測器5和攔截式束流探測器10，完成離子束流強度標定工作；在實驗過程中，只要測量到經(jīng)過半截式離子束流探測器5上的離子流強，就可以獲得輻照在樣品16上的離子流強；
[0036](5)輻照實驗開始前，升起攔截式束流探測器10，降下第一束斑探測器6、第二束斑探測器12，確保真空隔斷閥7和快響應真空閥8處于開啟狀態(tài)，打開束流輸運系統(tǒng)，即可進行輻照/腐蝕協(xié)同作用實驗。
[0037]進一步，所述的液態(tài)金屬回路運行溫度范圍為200°C -600°C，樣品室溫度控制在300°C _550°C范圍內(nèi)；液態(tài)金屬回路中液態(tài)金屬最大流速為2m/s。。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種離子輻照與液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征是包括離子束流引出真空系統(tǒng)、液態(tài)金屬回路系統(tǒng)和樣品輻照室，所述的離子束流引出真空系統(tǒng)包括離子束傳輸真空管道，離子束傳輸真空管道上沿離子束傳輸方向依次設(shè)置有氣動真空隔斷閥、快速響應真空閥、波紋管和冷卻水套，電磁掃描設(shè)備設(shè)置在離子束傳輸真空管道前端外圍，液態(tài)金屬泄漏腔與離子束傳輸真空管道相連，離子束傳輸真空管道上還安裝有第一真空泵、半攔截式離子束流探測器、第一離子束斑探測器、攔截式離子束流探測器、第二離子束斑探測器和液態(tài)金屬探測器，所述的樣品輻照室安裝在離子束傳輸真空管道端部，樣品安裝在樣品福照室內(nèi)，樣品福照室與液態(tài)金屬回路系統(tǒng)相連，所述的液態(tài)金屬回路系統(tǒng)包括液態(tài)金屬熔化腔，液態(tài)金屬熔化腔上蓋通過氣路管道分別與Ar氣鋼瓶和刻度腔上蓋相連，液態(tài)金屬熔化腔通過液態(tài)金屬回路管道分別與刻度腔和樣品輻照室相連。
2.如權(quán)利要求1所述的離子福照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的Ar氣鋼瓶與液態(tài)金屬熔化腔上蓋之間的氣路管道上依次設(shè)置有第一 Ar氣閥、氣體過濾器和第二 Ar氣閥；所述的刻度腔與液態(tài)金屬熔化腔上蓋之間的氣路管道上依次設(shè)置有第二真空氣閥、第二真空泵和第一真空氣閥；所述的刻度腔與液態(tài)金屬熔化腔之間的液態(tài)金屬回路管道上依次設(shè)置有第三液態(tài)金屬閥、加熱器、電磁流量計、第一液態(tài)金屬閥和液態(tài)金屬泄露口 ；所述的樣品輻照室通過液態(tài)金屬泵和第二液態(tài)金屬閥與電磁流量計和第一液態(tài)金屬閥之間的液態(tài)金屬回路管道相連；所述的刻度腔與樣品輻照室通過液態(tài)金屬回路管道相連，刻度腔與樣品室之間的液態(tài)金屬回路管道上依次設(shè)置有第四液態(tài)金屬閥和液態(tài)金屬冷卻器；所述的刻度腔內(nèi)還設(shè)置有液態(tài)金屬液位探測器。
3.如權(quán)利要求1所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的電磁掃描設(shè)備放置在離子束傳輸真空管道前端外圍，電磁掃描設(shè)備后的離子束傳輸真空管道上接第一真空泵，半攔截式離子束流探測器安裝在第一真空泵后的離子束傳輸真空管道上，半攔截式離子束流探測器后的離子束傳輸真空管道上安裝第一離子束斑探測器上，第一離子束斑探測器后的離子束傳輸真空管道上依次安裝氣動真空隔斷閥和快速響應真空閥，快速響應真空閥通過波紋管與攔截式離子束流探測器連接，攔截式離子束流探測器后接液態(tài)金屬泄漏腔，液態(tài)金屬泄漏腔后接第二離子束斑探測器，第二離子束斑探測器后接冷卻水套，冷卻水套后接液態(tài)金屬探測器，液態(tài)金屬探測器與樣品輻照室相連。
4.如權(quán)利要求1或3所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的半攔截式離子束流探測器、第一離子束斑探測器、第二離子束斑探測器和攔截式離子束流探測器的中心處于離子束流傳輸真空管道的水平中軸線上，離子束傳輸方向應與離子束流傳輸真空管道的水平軸線重合，第一離子束斑探測器和第二離子束斑探測器平面與離子束傳輸方向呈45°夾角。
5.如權(quán)利要求1或2所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的液態(tài)金屬熔化腔后接第一液態(tài)金屬閥，第一液態(tài)金屬閥后的液態(tài)金屬回路管道分成兩個支路，一支路通過第二液態(tài)金屬閥液態(tài)與金屬泵連接，另一支路與電磁流量計連接；電磁流量計后接加熱器，加熱器與第三液態(tài)金屬閥連接，第三液態(tài)金屬閥后分成兩個支路，一個支路與刻度腔連接，另一支路通過第四液態(tài)金屬閥與液態(tài)金屬冷卻器連接，液態(tài)金屬冷卻器后接樣品輻照室， 高溫液態(tài)金屬經(jīng)過樣品輻照室連接液態(tài)金屬泵形成閉合循環(huán)回路。
6.如權(quán)利要求2所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的Ar氣鋼瓶與氣體過濾器連接，氣體過濾器通過氣路管道與液態(tài)金屬熔化腔的上蓋相連，液態(tài)金屬熔化腔連接液態(tài)金屬回路，液態(tài)金屬熔化腔上蓋設(shè)置氣壓表和放氣閥，刻度腔上蓋設(shè)置氣壓表、放氣閥和液態(tài)金屬液位探測器。
7.如權(quán)利要求1所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的樣品輻照室的樣品垂直于離子束流方向，液態(tài)金屬流動方向與樣品法線方向呈50。角。
8.如權(quán)利要求1所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置，其特征在于:所述的離子束流引出真空系統(tǒng)的第一真空泵和氣動真空隔斷閥與快速響應真空閥聯(lián)動控制，當系統(tǒng)真空度大于5X 10_4Pa時，馬上關(guān)閉快速響應真空閥，隨之關(guān)閉氣動真空隔斷閥，液態(tài)金屬探測器與液態(tài)金屬泵和快速響應真空閥聯(lián)動控制，當液態(tài)金屬探測器檢測到金屬液體泄漏時，馬上停止液態(tài)金屬泵運行并關(guān)閉快速響應真空閥，隨之關(guān)閉氣動真空隔斷閥。
9.一種離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置的使用方法，其特征在于包括如下步驟:(1)在實驗裝置啟動前，先將一定量的金屬鑄錠放入液態(tài)金屬熔化腔內(nèi)并對其進行密封，然后開啟液態(tài)金屬回路系統(tǒng)的第二真空泵，當系統(tǒng)真空度達到IX 10_4Pa時關(guān)閉氣閥并停止第二真空泵運行；開啟熔化腔加熱器及液態(tài)金屬回路加熱器電源，當液態(tài)金屬熔化腔的金屬完全熔化時，打開第一 Ar氣閥和第二 Ar氣閥，由Ar氣瓶為液態(tài)金屬熔化腔加壓，依次打開第一、第二及第四液態(tài)金屬閥門，啟動液態(tài)金屬泵將液態(tài)金屬輸送至刻度腔，進行電磁流量計標定工作； (2)完成電磁流量計標定之后，打開第一Ar氣閥和第二 Ar氣閥，開啟第一液態(tài)金屬閥門、第二液態(tài)金屬閥門、第三液態(tài)金屬閥門及第四液態(tài)金屬閥，啟動液態(tài)金屬泵向液態(tài)金屬回路充液態(tài)金屬，當液態(tài)金屬充滿回路管道時關(guān)閉第一液態(tài)金屬閥門，液態(tài)金屬在泵的驅(qū)動下開始在回路中循環(huán)；(3)開啟離子束流引出真空系統(tǒng)的第一真空泵，當系統(tǒng)真空達到1X 10_5Pa時，啟動電磁掃描系統(tǒng)，通過離子束斑探測器對離子束斑大小及均勻性實時觀測，不斷調(diào)整電磁掃描系統(tǒng)參數(shù)，保證輻照在樣品的束流均勻性大于95% ；(4)降下半攔截式束流探測器和攔截式束流探測器，同時降下第一離子束斑探測器，打開真空隔斷閥和快響應真空閥，通過聯(lián)合半攔截式束流探測器和攔截式束流探測器，完成離子束流強度標定工作；(5)輻照實驗開始前，升起攔截式束流探測器，降下第一、第二束斑探測器，確保真空隔斷閥和快響應真空閥處于開啟狀態(tài)，打開束流輸運系統(tǒng)，即可進行輻照和腐蝕協(xié)同作用實驗。
10.如權(quán)利要求9所述的離子輻照和液態(tài)金屬腐蝕協(xié)同作用研究實驗裝置的使用方法，其特征在于:所述的液態(tài)金屬回路運行溫度范圍為200°C -600°C，樣品室溫度控制在300°C _550°C范圍內(nèi)；液態(tài)金屬回路中液態(tài)金屬最大流速為2m/s。
【文檔編號】G01N17/00GK103698262SQ201310630224
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月1日
【發(fā)明者】姚存峰, 王志光 申請人:中國科學院近代物理研究所