离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及应用于离子辐照和液态金属腐蚀环境中的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置及方法。包括离子束流引出真空系统、液态金属回路系统和样品辐照室，所述的离子束流引出真空系统包括离子束传输真空管道，离子束传输真空管道上沿离子束传输方向依次设置有电磁扫描设备、气动真空隔断阀、快速响应真空阀、波纹管和冷却水套，离子束传输真空管道上还安装有真空泵、离子束流探测器、离子束斑探测器、液态金属泄漏腔和液态金属探测器，所述的液态金属回路系统和样品辐照室相连，液态金属回路系统主要包括熔化腔、液态金属阀门、刻度腔、真空泵及Ar气路系统等。该装置可以实现液态金属腐蚀和强辐照环境中的材料结构和性能研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用于离子辐照和液态金属腐蚀环境中的材料性能测试实验设备
，尤其是涉及一种。
技术介绍
核能可持续发展面临着核废料尤其是长寿命核废料的最终处理处置的世界性难题。1980年代后期以来，加速器驱动的次临界系统(ADS)作为核能可持续发展的创新技术路线在国际核能界受到普遍重视。由于具有良好的中子学和物理性能(高热导和热熔、低熔点和蒸汽压以及化学惰性等)，Pb-Bi合金(LBE)是目前公认的ADS靶材兼冷却剂首选材料。服役于LBE作为散裂靶兼冷却剂ADS系统中的结构材料面临着非常恶劣的工况，不仅有高温(300-800°C )、高热负载(10MW/m2)、高能质子和中子引起的强辐照(lOOdpa/year)、强腐蚀(几十um/year),同时还有高He产率(100appm/dpa)及瞬间应力。在过去的几十年中，人们针对不同核能系统环境中的结构材料开展了大量辐照损伤，但涉及液态PbBi腐蚀和辐照协同作用引起的结构材料性能退化问题尚未解决，无论从实验技术，还是相关物理过程，都需要开展大量的攻关和强化研究。目前国内缺乏相关的实验平台或装置用于开展辐照/腐蚀协同作用研究，迫切需要建立该类型的实验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的不足提供一种离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置。从而有效解决了现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为:所述的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特点是包括离子束流引出真空系统、液态金属回路系统和样品辐照室，所述的离子束流引出真空系统包括离子束传输真空管道，离子束传输真空管道上沿离子束传输方向依次设置有气动真空隔断阀、快速响应真空阀、波纹管和冷却水套，电磁扫描设备设置在离子束传输真空管道前端外围，液态金属泄漏腔与离子束传输真空管道相连，离子束传输真空管道上还安装有第一真空泵、半拦截式离子束流探测器、第一离子束斑探测器、拦截式离子束流探测器、第二离子束斑探测器和液态金属探测器，所述的样品辐照室安装在离子束传输真空管道端部，样品安装在样品辐照室内，样品辐照室与液态金属回路系统相连，所述的液态金属回路系统包括液态金属熔化腔，液态金属熔化腔上盖通过气路管道分别与Ar气钢瓶和刻度腔上盖相连，液态金属熔化腔通过液态金属回路管道分别与刻度腔和样品辐照室相连。所述的Ar气钢瓶与液态金属熔化腔上盖之间的气路管道上依次设置有第一 Ar气阀、气体过滤器和第二 Ar气阀；所述的刻度腔与液态金属熔化腔上盖之间的气路管道上依次设置有第二真空气阀、第二真空泵和第一真空气阀；所述的刻度腔与液态金属熔化腔之间的液态金属回路管道上依次设置有第三液态金属阀、加热器、电磁流量计、第一液态金属阀和液态金属泄露口 ；所述的样品辐照室通过液态金属泵和第二液态金属阀与电磁流量计和第一液态金属阀之间的液态金属回路管道相连；所述的刻度腔与样品辐照室通过液态金属回路管道相连，刻度腔与样品室之间的液态金属回路管道上依次设置有第四液态金属阀和液态金属冷却器；所述的刻度腔内还设置有液态金属液位探测器。所述的电磁扫描设备放置在离子束传输真空管道前端外围，电磁扫描设备后的离子束传输真空管道上接第一真空泵，半拦截式离子束流探测器安装在第一真空泵后的离子束传输真空管道上，半拦截式离子束流探测器后的离子束传输真空管道上安装第一离子束斑探测器上，第一离子束斑探测器后的离子束传输真空管道上依次安装气动真空隔断阀和快速响应真空阀，快速响应真空阀通过波纹管与拦截式离子束流探测器连接，拦截式离子束流探测器后接液态金属泄漏腔，液态金属泄漏腔后接第二离子束斑探测器，第二离子束斑探测器后接冷却水套，冷却水套后接液态金属探测器，液态金属探测器与样品辐照室相连。所述的半拦截式离子束流探测器、第一离子束斑探测器、第二离子束斑探测器和拦截式离子束流探测器的中心处于离子束流传输真空管道的水平中轴线上，离子束传输方向应与离子束流传输真空管道的水平轴线重合，第一离子束斑探测器和第二离子束斑探测器平面与离子束传输方向呈45°夹角。所述的液态金属熔化腔后接第一液态金属阀，第一液态金属阀后的液态金属回路管道分成两个支路，一支路通过第二液态金属阀液态与金属泵连接，另一支路与电磁流量计连接；电磁流量计后接加热器，加热器与第三液态金属阀连接，第三液态金属阀后分成两个支路，一个支路与刻度腔连接，另一支路通过第四液态金属阀与液态金属冷却器连接，液态金属冷却器后接样品辐照室，高温液态金属经过样品辐照室连接液态金属泵形成闭合循环回路。所述的Ar气钢瓶与气体过滤器连接，气体过滤器通过气路管道与液态金属熔化腔的上盖相连，液态金属熔化腔连接液态金属回路，液态金属熔化腔上盖设置气压表和放气阀，刻度腔上盖设置气压表、放气阀和液态金属液位探测器。所述的样品辐照室的样品垂直于离子束流方向，液态金属流动方向与样品法线方向呈50°角。所述的离子束流引出真空系统的第一真空泵和气动真空隔断阀与快速响应真空阀联动控制，当系统真空度大于5 X 10_4Pa时，马上关闭快速响应真空阀，随之关闭气动真空隔断阀，液态金属探测器与液态金属泵和快速响应真空阀联动控制，当液态金属探测器检测到金属液体泄漏时，马上停止液态金属泵运行并关闭快速响应真空阀，随之关闭气动真空隔断阀。所述的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置的使用方法，其特点在于包括如下步骤:(1)在实验装置启动前，先将一定量的金属铸锭放入液态金属熔化腔内并对其进行密封，然后开启液态金属回路系统的第二真空泵，当系统真空度达到IX 10_4Pa时关闭气阀并停止第二真空泵运行；开启熔化腔加热器及液态金属回路预热器电源，当液态金属熔化腔的金属完全熔化时，打开第一 Ar气阀和第二 Ar气阀，由Ar气瓶为液态金属熔化腔加压，依次打开第一、第二及第四液态金属阀门，启动液态金属泵将液态金属输送至刻度腔，进行电磁流量计标定工作；(2)完成电磁流量计标定之后，打开第一 Ar气阀和第二 Ar气阀，开启第一液态金属阀门、第二液态金属阀门、第三液态金属阀门及第四液态金属阀，启动液态金属泵向液态金属回路充液态金属，当液态金属充满回路管道时关闭第一液态金属阀门，液态金属在泵的驱动下开始在回路中循环；(3)开启离子束流引出真空系统的第一真空泵，当系统真空达到IX 10_5Pa时，启动电磁扫描系统，通过离子束斑探测器对离子束斑大小及均匀性实时观测，不断调整电磁扫描系统参数，保证辐照在样品的束流均匀性大于95% ；(4)降下半拦截式束流探测器和拦截式束流探测器，同时降下第一离子束斑探测器，打开真空隔断阀和快响应真空阀，通过联合半拦截式束流探测器和拦截式束流探测器，完成离子束流强度标定工作；(5)辐照实验开始前，升起拦截式束流探测器，降下第一、第二束斑探测器，确保真空隔断阀和快响应真空阀处于开启状态，打开束流输运系统，即可进行辐照和腐蚀协同作用实验。所述的液态金属回路运行温度范围为200°C -600 °C,样品室温度控制在300°C _550°C范围内；液态金属回路中液态金属最大流速为2m/s。采用上述的技术方案，本专利技术的有益效果为:所述的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其包括离子束流引出真空系统、液态金属回路系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子辐照与液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特征是包括离子束流引出真空系统、液态金属回路系统和样品辐照室，所述的离子束流引出真空系统包括离子束传输真空管道，离子束传输真空管道上沿离子束传输方向依次设置有气动真空隔断阀、快速响应真空阀、波纹管和冷却水套，电磁扫描设备设置在离子束传输真空管道前端外围，液态金属泄漏腔与离子束传输真空管道相连，离子束传输真空管道上还安装有第一真空泵、半拦截式离子束流探测器、第一离子束斑探测器、拦截式离子束流探测器、第二离子束斑探测器和液态金属探测器，所述的样品辐照室安装在离子束传输真空管道端部，样品安装在样品辐照室内，样品辐照室与液态金属回路系统相连，所述的液态金属回路系统包括液态金属熔化腔，液态金属熔化腔上盖通过气路管道分别与Ar气钢瓶和刻度腔上盖相连，液态金属熔化腔通过液态金属回路管道分别与刻度腔和样品辐照室相连。

【技术特征摘要】
1.一种离子辐照与液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特征是包括离子束流引出真空系统、液态金属回路系统和样品辐照室，所述的离子束流引出真空系统包括离子束传输真空管道，离子束传输真空管道上沿离子束传输方向依次设置有气动真空隔断阀、快速响应真空阀、波纹管和冷却水套，电磁扫描设备设置在离子束传输真空管道前端外围，液态金属泄漏腔与离子束传输真空管道相连，离子束传输真空管道上还安装有第一真空泵、半拦截式离子束流探测器、第一离子束斑探测器、拦截式离子束流探测器、第二离子束斑探测器和液态金属探测器，所述的样品辐照室安装在离子束传输真空管道端部，样品安装在样品福照室内，样品福照室与液态金属回路系统相连，所述的液态金属回路系统包括液态金属熔化腔，液态金属熔化腔上盖通过气路管道分别与Ar气钢瓶和刻度腔上盖相连，液态金属熔化腔通过液态金属回路管道分别与刻度腔和样品辐照室相连。2.如权利要求1所述的离子福照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特征在于:所述的Ar气钢瓶与液态金属熔化腔上盖之间的气路管道上依次设置有第一 Ar气阀、气体过滤器和第二 Ar气阀；所述的刻度腔与液态金属熔化腔上盖之间的气路管道上依次设置有第二真空气阀、第二真空泵和第一真空气阀；所述的刻度腔与液态金属熔化腔之间的液态金属回路管道上依次设置有第三液态金属阀、加热器、电磁流量计、第一液态金属阀和液态金属泄露口 ；所述的样品辐照室通过液态金属泵和第二液态金属阀与电磁流量计和第一液态金属阀之间的液态金属回路管道相连；所述的刻度腔与样品辐照室通过液态金属回路管道相连，刻度腔与样品室之间的液态金属回路管道上依次设置有第四液态金属阀和液态金属冷却器；所述的刻度腔内还设置有液态金属液位探测器。3.如权利要求1所述的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特征在于:所述的电磁扫描设备放置在离子束传输真空管道前端外围，电磁扫描设备后的离子束传输真空管道上接第一真空泵，半拦截式离子束流探测器安装在第一真空泵后的离子束传输真空管道上，半拦截式离子束流探测器后的离子束传输真空管道上安装第一离子束斑探测器上，第一离子束斑探测器后的离子束传输真空管道上依次安装气动真空隔断阀和快速响应真空阀，快速响应真空阀通过波纹管与拦截式离子束流探测器连接，拦截式离子束流探测器后接液态金属泄漏腔，液态金属泄漏腔后接第二离子束斑探测器，第二离子束斑探测器后接冷却水套，冷却水套后接液态金属探测器，液态金属探测器与样品辐照室相连。4.如权利要求1或3所述的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特征在于:所述的半拦截式离子束流探测器、第一离子束斑探测器、第二离子束斑探测器和拦截式离子束流探测器的中心处于离子束流传输真空管道的水平中轴线上，离子束传输方向应与离子束流传输真空管道的水平轴线重合，第一离子束斑探测器和第二离子束斑探测器平面与离子束传输方向呈45°夹角。5.如权利要求1或2所述的离子辐照和液态金属腐蚀协同作用研究实验装置，其特征在于:所述的液态金属熔化腔后接第一液态金属阀，第一液态金属阀后的液态金属回路管道分成两个支路，一支路通过第二液态金属阀液态与金属泵连接，另一支路与电磁流量计连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚存峰，王志光，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62