在線檢測托卡馬克鎢第一壁灰塵成分及厚度的太赫茲方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及核聚變與光學診斷領(lǐng)域，特別涉及在線檢測托卡馬克鎢第一壁灰塵成分及厚度的太赫茲方法，本發(fā)明與傳統(tǒng)的熱電偶溫度計相比，能夠快速、同步地返回溫度數(shù)據(jù)，且無接觸無損傷。 背景技術(shù) [0002] 太赫茲（Terahertz or THz）波通常指的是頻率處在0.1THz~10THz之間的電磁波，介于微波和紅外之間。太赫茲時域光譜系統(tǒng)是一種相干探測技術(shù)，能夠同時獲得太赫茲脈沖的振幅信息和相位信息，通過對時間波形進行傅立葉變換能直接得到樣品的吸收系數(shù)和折射率等光學參數(shù)。太赫茲時域光譜技術(shù)探測靈敏度很高，所以已經(jīng)廣泛應用于材料性質(zhì)的分析中。理論及實驗研究表明，很多工業(yè)材料用太赫茲時域光譜技術(shù)探測，能有效的產(chǎn)生共振吸收峰，從而提供了特征指紋譜，并可以進行探測識別。同時，在某些環(huán)境下，太赫茲波具有獨特的強透射能力和低輻射能量的特點，不會對材料造成傷害，而且具有高功率及高分辨率。在高密度、高溫、磁化等離子體中，太赫茲波同樣也表現(xiàn)出零吸收的特性，這就使用太赫茲波來檢測托卡馬克裝置中灰塵沉積層的厚度以及成分提供了可能性。 [0003] 在核聚變托卡馬克裝置中，等離子體與壁材料相互作用將會產(chǎn)生灰塵。灰塵的成因非常復雜，涉及到多種等離子過程，同時灰塵顆粒打擊或者沉積到第一壁上時有可能改變壁材料的熱傳導率及其他性質(zhì)。灰塵問題已經(jīng)成為聚變領(lǐng)域的一個熱點問題。到目前為止，觀察灰塵的主要方法是快速相機拍攝的方法，或者使用氣凝膠采集器壁上灰塵樣本顆粒的方法，從而得到灰塵顆粒的速度、尺寸等方面的信息，因此在實際工作條件中，有這樣一種可以在線無損傷檢測托卡馬克裝置灰塵沉積層厚度及成分的方法就顯得十分重要。 [0004] 托卡馬克裝置中灰塵成分主要有鎢（W）、鈹（Be）、鉬（Mo）、碳（C）、硼（B）、氧（O）、硅（Si）、鉻（Cr）、錳（Mn）等，理論模擬計算表明，這些成分沉積在鎢第一壁上在太赫茲波段的吸收譜可以特征識別，不同成分與鎢表面結(jié)合的太赫茲頻域譜特征譜線出現(xiàn)的位置不同，同時同一成分隨著沉積在鎢上薄膜厚度的變化，雖然太赫茲波射入第一壁反射回的太赫茲頻域譜的特征譜線位置不變，但是譜線強度會發(fā)生相應的變化，根據(jù)這一特征，可以結(jié)合模擬實驗及分子動力學方法確定不同成分沉積在鎢表面若干條特征譜線峰值位置，將實驗所得與理論計算結(jié)果對比，從而首先確定沉積層成分，對于每一種成分，隨著薄膜厚度的增加，太赫茲頻域譜相對強度比會發(fā)生變化，由此推演出相對強度比R隨薄膜厚度d變化的函數(shù)關(guān)系R=f(d)，將以上模擬結(jié)果集成為計算機數(shù)據(jù)庫，將鎢表面灰塵沉積層與該沉積層標定厚度（如1μm）的譜線強度相比得到相對強度比，帶入到數(shù)據(jù)庫函數(shù)關(guān)系，以此確定出托卡馬克裝置鎢第一壁灰塵沉積層厚度，從而達到同步在線且無損傷檢測沉積層成分及厚度。 發(fā)明內(nèi)容 [0005] 本發(fā)明的目的：為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供在線檢測托卡馬克鎢第一壁灰塵成分及厚度的太赫茲方法，利用反射太赫茲時域譜技術(shù)結(jié)合計算機數(shù)據(jù)庫，能夠快速、同步檢測磁約束聚變托卡馬克裝置鎢第一壁灰塵沉積層成分以及厚度。 [0006] 為達到上述目的，本發(fā)明才有的技術(shù)方案是：提供了一種在線檢測托卡馬克鎢第一壁灰塵成分及厚度的太赫茲方法，包括以下步驟： [0007] 步驟1：在托卡馬克磁約束聚變裝置工作時，將太赫茲波垂直入射到需要檢測的區(qū)域，即托卡馬克鎢第一壁，探頭測量并記錄由托卡馬克鎢第一壁反射回的太赫茲時域波譜 ； [0008] 步驟2：分析處理上述太赫茲時域波譜 ，將太赫茲時域波譜 在有效頻 域內(nèi)做傅里葉變換，得到太赫茲頻域譜 ； [0009] 步驟3：計算機理論模擬不同灰塵成分沉積在鎢第一壁上的太赫茲頻域譜 ，并記錄不同灰塵成分的太赫茲特征譜線位置；對于同一種灰塵成分，模擬不同厚度與標定厚度（如1μm）時太赫茲特征譜線的相對強度比，得到每一種灰塵成分的沉積層厚度d與相對強度比R的函數(shù)關(guān)系R=f(d)，集成為計算機數(shù)據(jù)庫； [0010] 步驟4：選取步驟2實驗所得的太赫茲頻域譜 的特征譜線，將此太赫茲特征譜線位置與數(shù)據(jù)庫中不同灰塵的太赫茲特征譜線位置相比對，確定灰塵成分； [0011] 步驟5：確定灰塵成分后，將該灰塵成分的太赫茲特征譜線與數(shù)據(jù)庫標定厚度的太赫茲特征譜線相比較，得到相對強度比，再與數(shù)據(jù)庫中的沉積層厚度-相對強度比的函數(shù)關(guān)系進行對照，確定沉積層厚度； [0012] 步驟6：將托卡馬克鎢第一壁沉積層成分及厚度信息輸出，并保存于計算機系統(tǒng)中，完成對托卡馬克鎢第一壁灰塵成分及厚度的檢測。