高分辨四极质谱计在HL-2A装置上的应用

将具有分辨氦(He)和氘(D2)能力的高分辨四极质谱计安装到HL-2A托卡马克装置上,同时送入氦气和氘气,得到了质谱计可分辨的最小He+/D2+峰值比.分别对真空室在辉光放电清洗前后、不同等离子体放电次数的氢同位素和氦进行测量,观察到四种工况下质谱峰m/q=4的主要成分为D2+,He+只在辉光放电清洗中作为工作气体引入.向真空室送入氘气后,比较了由分子泵和低温泵抽气的质谱情况.分压强的测量结果表明低温泵对氘气的抽速大于分子泵约18％.实验结果初步验证了高分辨四极质谱计应用于托卡马克装置可靠真空检漏和残余气体成分精确分析的可行性,并为托卡马克装置抽气泵的选型提供了依据.     

弹丸和超声束流注入对 HL-1M 装置边缘电场和等离子体旋转的影响

介绍了ＨＬ－１Ｍ在不同放电条件下边缘等离子体流和径向电场的测量。实验发现：在多发弹丸注入（ＭＰＩ）和超声束流注入（ＳＢＩ）期间，托卡马克等离子体边缘的径向电场Ｅｒ发生变化，边缘等离子体的极向流剪切以及伴随着边缘扰动水平下降已观测到。     

HT-7超导托卡马克泰勒放电清洗实验研究

介绍了简单有效的泰勒放电清洗（TDC）兼真空室感应加热烘烤清洗系统。该系统在累计运行91．5h后，使H2O含量从66％降低到6．7％，CO含量从30％降低到13％。从而使等离子体的平均有效电荷数降低到2左右，获得了低安全因子q放电的等离子体电流。     

弹丸和超声束流入对HL—1M装置边缘电场和等离子体旋转的影响

介绍了ＨＬ－１Ｍ在不同放电条件下这缘等离子体流和径向电场的测量。实验发现：在多发弹丸注入（ＭＰＩ）和超声束流注入（ＳＢＩ）期间，托卡马克等离子体边缘的径向电场Ｅ。发生变化，边缘等离子体的极向流剪切以及伴随着边缘扰动水平下降已观测到。     

基于中性束注入的EAST托卡马克束发射光谱诊断研制

介绍了实验超导托卡马克(EAST)装置上束发射光谱(BES)诊断的研制工作和初步实验结果。本诊断探测器采用的是有128道探测通道的S8550APD相机,以水平方向16道极向8道的矩形方式排列。通过一套中心波长为659.33 nm,半高宽为1.59 nm的带通三腔干涉滤波片将信号从背景Dα谱线和C杂质辐射中提取出来。本系统以2 MHz的时间分辨率和1~3 cm的空间分辨率在等离子体小截面上获取一个长宽分别为20 cm和10 cm的等离子体的密度涨落二维分布。通过改变诊断系统的观察角,可以获取从芯部到边界等离子体的整个小截面的二维密度涨落分布。本论文还给出了该诊断系统关键部件滤波片的测试结果和最近一轮EAST放电实验中测得的等离子体密度涨落在低约束模——高约束模转换中的变化,验证了EAST托卡马克上的BES诊断系统研制的成功。     

Hl-1装置的钛蒸镀吸气实验

用钛吸气方法制备清洁表面净化HL—1装置的内真空室,减少了HL—1托卡马克等离子体中的杂质和气体再循环率,使Z_(eff)降低到1.4,在脉冲程控送气配合下,获得等离子体最高电子密度(?)_(emax)=6.8×10~(19)m~(-3),能量约束时间达28ms,并使装置进入q(a)=1.8的低g(a)稳定放电,扩展了装置的运行范围。     

EAST装置等离子体放电排气及其成分分析

在磁约束聚变装置中,高温等离子体放电中粒子的实时排出不仅可以减少燃料粒子在第一壁的滞留,还可以排出一定的杂质,有利于下一次等离子体放电的实现。对于未来聚变装置,如ITER,还有利于减少氚滞留导致的装置安全问题。本文根据EAST全超导托卡马克装置不同等离子体放电参数和不同第一壁条件下的放电实验,主要研究了等离子体破裂和锂化壁处理对粒子排出的影响。初步研究表明,等离子体破裂导致更多的粒子排出,并且排出气体中杂质含量降低;而锂化壁处理可以减少粒子排出,但杂质含量增高。这些研究可以为未来高参数等离子体运行找到一种实时降低壁杂质及减少壁滞留的方法提供参考,也对研究等离子体参数对等离子体排灰气成分分析有着参考价值。     

压电阀脉冲充气进气量的准确控制

一、引言采用脉冲方式注入工作气体是现代托卡马克实验中一种先进充气方式。与持续冲气相比,脉冲送气有利于提高并保持较好的本底真空度、降低壁面吸附、减轻杂质污染等,从而有利于等离子体的约束与加热,使放电调试的时间缩短,较快地达到稳定水     

利用大气压气液介质阻挡放电等离子体对PTFE进行表面改性

本文对大气压单一空气介质阻挡放电和加去离子水的气液两相介质阻挡放电进行实验研究,对比分析了两种放电模式的开始放电和刚铺满整个电极时的稳定电压电流波形和放电照片,并用两种放电等离子体对聚四氟乙烯薄膜(PTFE)进行表面处理,对处理后薄膜表面的水接触角进行对比。结果表明,放电间隙和放电频率均相同时,大气压单一空气放电的开始放电电压峰峰值和稳定放电电压峰峰值均比气液两相放电时的高,且气液两相放电更加均匀。在相同条件下,经大气压气液两相等离子体处理后的PTFE薄膜表面水接触角比大气压单一空气等离子体处理后的低,说明大气压气液两相等离子体对PTFE薄膜的处理效果更好。     

聚变堆第一壁材料溅射装置真空系统设计研究

直线等离子体装置(Linear Plasma Device,LPD)是研究托卡马克上边界等离子体与材料相互作用的重要平台。本文针对新建LPD的真空系统设计研制开展了相关研究。该真空系统设计为两级隔断式结构,等离子体放电和材料预处理可以在各自真空腔室同步进行、互不干扰。通过真空测试实验,真空控制系统运行稳定,短时间烘烤后系统极限真空达1.4×10-5Pa,满足LPD对洁净真空环境的要求。     

利用大气压气液介质阻挡放电等离子体对PTEF进行表面改性

本文对大气压单一空气介质阻挡放电和加去离子水的气液两相介质阻挡放电进行实验研究,对比分析了两种放电模式的开始放电和刚铺满整个电极时的稳定电压电流波形和放电照片,并用两种放电等离子体对聚四氟乙烯薄膜(PT FE)进行表面处理,对处理后薄膜表面的水接触角进行对比.结果表明,放电间隙和放电频率均相同时,大气压单一空气放电的开始放电电压峰峰值和稳定放电电压峰峰值均比气液两相放电时的高,且气液两相放电更加均匀.在相同条件下,经大气压气液两相等离子体处理后的PT FE薄膜表面水接触角比大气压单一空气等离子体处理后的低,说明大气压气液两相等离子体对PT FE薄膜的处理效果更好.     

HT-7托卡马克中锂第一壁研究的先行试验

为了抑制等离子体杂质和减少粒子再循环,获得高品质的等离子体,HT-7超导托卡马克将进行锂限制器实验。为此需要在实验台上开展一些先行试验,以掌握锂材料操作的关键工艺;在加热和直流辉光放电下,借助光谱仪及膜厚仪得到温度与锂熔化、挥发、沉积之间的关系。实验表明在锂温度低于300℃的情况下,锂挥发不明显;从300℃到360℃,挥发速度逐渐加快;当锂温度高于370℃,锂挥发急剧增加。利用蒸发镀膜和直流辉光放电等离子体镀膜,在真空室壁沉积了约300nm的锂膜,装置真空明显改善,表明锂膜对各种气体有很强的吸附和抑制作用。实验表明锂是托卡马克装置第一壁的理想材料之一,可以用于抑制等离子体中杂质,降低氢同位素再循环,提高等离子体性能。采用锂作为HT-7限制器,有必要在安装过程中采用氩气保护,以避免锂的氧化,同时在实验期间应避免锂限制器温度过高,以防止锂的快速蒸发。     

射频等离子系统中微弧放电的解析模型

最近我们在实验中发现：射频等离子体系统中的高电位可以引发微弧放电，这种微弧放电现象不是发生在射频系统的输入极上而是发生在接地极上。这种相对于电极呈非对称分布的微弧放电现象不是我们期待的结果，也不能用现有的理论来解释它。本文在Child-Langmuir鞘层模型理论和电流连续性理论的基础上，推导建立了一个用于表述射频等离子体系统中的这种非对称型微弧放电现象的解析模型。从我们的推导过程可以发现鞘层内外的电位差取决于接地极鞘层面积与输入极鞘层面积之比。当接地极的鞘层面积大于输入极鞘层面积时，接地极鞘层电位差的最小值成为高电位，从而引发电弧放电。而输入极鞘层电位差的最小值不发生变化。这个模型和推导结果与实验现象和PIC仿真数据有较好的一致性。     

中性束注入器Tank充气特性对离子源放电的影响

利用对PV-10型压电阀定标实验,研究了中性束注入器Tank内补充气体的参数对离子源放电弧电流的影响,对比压电阀脉冲电源的脉宽和幅值,显示后者对Tank内补充气体量具有更显著的线性关系.据此进行的中性束注入器离子源放电实验结果表明,采用压电阀定标值计算获得的参数,可以稳定重复地获得最大放电脉宽达到400 ms的等离子体弧电流,为下一步向托卡马克装置注入高能中性粒子束奠定了应用基础.     

EAST超导托卡马克热负荷波动对低温系统液氦槽的影响

EAST超导托卡马克的纵场和极向场磁体均采用NbTi超导材料,由3.8 K超临界氦冷却.在托卡马克实验运行时,极向场的放电脉冲和等离子体破裂产生的交流损耗带来的热负荷增加,经过超临界氦流带到低温系统控制阀箱内的液氦槽和过冷槽,造成槽内的液氦蒸发量增加.蒸发的氦回到制冷机中,从而影响制冷机的稳定运行.通过对实际超临界管道和液氦槽、过冷槽中换热过程建立换热模型,进行热工分析,分析液氦槽和过冷槽中的压力等参数的变化,指导低温系统的设计.     

磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展

核聚变能是潜在的清洁安全能源,其最终的实现对中国能源问题的解决尤其重要。磁约束托卡马克是目前最有可能实现受控热核聚变的方法。磁约束聚变能的实现面临两大瓶颈问题:高参数稳态等离子体物理问题和托卡马克装置及未来反应堆关键材料问题。其中关键材料问题的解决在很大程度上取决于我们对等离子体与壁材料相互作用(Plasma-Wall Interactions,PWI)过程和机理的深入理解。PWI现象主要发生在托卡马克磁场最外封闭磁面以外的边界等离子体(又称为刮削层,Scrapped-Off Layer,SOL)和直接接触SOL的面对等离子体材料(Plasma-Facing Materials,PFM)区域内。因此,PWI问题直接决定了聚变的装置运行安全性、壁材料部件研发进程和未来壁的使用寿命。弄清PWI的各种物理过程和机理并施以有效的控制,是未来核聚变能实现的重要环节之一。对PWI国内外研究现状进行了详细的总结评述,并阐述了PWI的未来发展趋势和亟待解决的问题。     

基于多孔阳极氧化铝的大气压毛细管等离子体电极放电研究北大核心CSCD

通过实验和模拟方式,对比分析了介质阻挡放电和基于多孔阳极氧化铝的毛细管等离子体电极放电。应用阳极氧化法制备的多孔阳极氧化铝(Porous anodic alumina,PAA)作为介质层进行了毛细管等离子体电极放电。研究了多孔阳极氧化铝介质层对毛细管等离子体电极放电的影响,对比分析了相同几何参量的介质阻挡放电和毛细管等离子体电极放电的放电过程。结果表明:应用多孔阳极氧化铝介质的毛细管等离子体电极放电更稳定,放电中产生的更密的微放电有助于提高放电的稳定性;多孔阳极氧化铝介质层的毛细管等离子体电极放电具有相对于介质阻挡放电高出两个数量级的电子密度和更高的电子温度。等离子体参数具有与多孔阳极氧化铝的孔分布同步的周期性,产生了等离子体射流模式,提高了放电稳定性。     

电感耦合放电对双频容性耦合Ar-N_2等离子体物理特性的影响

电感耦合等离子体增强的容性耦合等离子体是一种新的等离子体源,采用这种放电方式可以获得高密度均匀的等离子体。本文主要利用朗缪尔单探针对以下几种放电方式的等离子体性质进行诊断:1双频(60,13.56 MHz)容性耦合等离子体;2电感(13.56 MHz)耦合等离子体;3电感(13.56 MHz)耦合增强的双频(60,13.56 MHz)容性耦合等离子体。通过研究电感耦合放电对容性耦合放电的影响,以及电感耦合功率、混合气体比例等宏观参量对等离子体特性的影响,获得材料处理的最佳条件。实验发现当气压是5Pa时:1双频容性耦合等离子体密度是1010 cm-3左右,极板边缘处等离子体密度较低,中心处较高。随着氩气比例增加,等离子体密度提高,电子温度降低。2电感耦合等离子体放电,随着氩气比例增加,等离子体密度增大。当氩气比例增加到70%,等离子体密度发生数量级改变,高于双频容性耦合等离子体。3电感耦合增强的双频容性耦合等离子体密度较高,当氩气比例是80%,容性电感耦合功率200 W时,组合放电等离子体密度最高,均匀性较好,电子温度升高,径向差别不大。通过实验得出,当氩气比例为80%,容性高低频功率分别为150和50 W,电感耦合功率是200 W时,双频(60,13.56 MHz)与电感(13.56 MHz)组合放电可以获得高密度均匀的等离子体。     

HL-1M装置的真空运行与质谱诊断

通过对 HL- 1M装置真空运行模式、真空运行参数、氦辉光放电清洗和硅化壁处理手段等的规范化 ,显著地改善了装置的真空壁出气、本底杂质浓度、托卡马克放电杂质出气比和再循环 ,成功地实现了高参数放电、长脉冲放电和装置暴露大气后快速恢复放电 ,并成功地为演证低混杂电流驱动、离子回旋共振加热、电子回旋共振加热、中性束注入、弹丸注入和分子束注入实验和升级等离子体运行等提供了良好的真空壁条件。描述了 HL- 1M装置真空系统、壁出气和再循环控制、质谱诊断和程序脉冲送气等方面的主要实验成果 ,并为 HL- 2 A装置的真空系统研制和运行提供了有益的参考     

纳秒脉冲驱动下铝基微沟道等离子体放电特性研究北大核心CSCD

本文设计制作了基于铝基衬底的微沟道阵列器件,并研究了纳秒脉冲微沟道等离子体放电特性。通过调控纳秒脉冲输出波形,获得了脉冲参数对微沟道等离子体放电特性的影响规律。结果表明,相比于传统的正弦波驱动,纳秒脉冲微沟道等离子体放电更集中,耦合效应更明显,且等离子体特性更易于调控。当改变脉冲参数时,6%左右的波形过冲电压会造成微沟道等离子体放电强度~30%的改变。另外,脉冲上升沿时间越短,放电强度越高,当上升沿时间由152 ns缩短至32 ns时,放电强度可提升~30%。