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。     

HL-1M装置器壁锻炼

HL-1M装置运行的7年中，系统地研究了器壁原位清洗、原位硼化、硅化、锂化和锂-硅复合处理以及涂层的原位清除技术。由于原位硅化具有稳定、良好的杂质和再循环控制能力，使其成为HL-1M装置进行改善等离子体约束实验必不可少的壁处理手段。锂-硅复合壁具有锂壁的低杂质、低氢再循环和低辐射能量，又具有硅化壁长寿命的特点，是目前最佳的壁处理手段。He-GDC取代了H2-TDC，在器壁原位清洗、器壁原位处理和涂层原位清除中扮演了重要角色。     

EAST托卡马克锂化技术研制

锂蒸发镀膜壁处理技术为EAST核聚变装置内真空室提供了良好的壁条件,促进了高参数等离子体的获得——首次H-Mode、100s长脉冲和1MA高电流等离子体,发展为常规而又关键的壁处理方式.本文详细介绍了EAST锂化系统设计与研制,包括锂蒸发器设计,锂材定制,外围真空、控制系统组建.给出了锂化系统台面实验结果,运行条件、锂化运行三种方式,坩埚的蒸发速率对蒸发量的控制和判断坩埚是否需要装载的方法.     

HL—1M装置第一壁的硅化和锂涂复

分别用１０％ＳｉＨ４＋９０％Ｈｅ辉光放电和真空室原位蒸锂并借助Ｈｅ辉光放电的等离子体气相沉积法对Ｈ－１Ｍ装置的内壁进行了硅化和锂涂复，进一步降低了装置硼化后的杂质和辐射功率损失，对氢有强轴气效应和低再循环特性，为多发弹丸注入，低混杂波电流驱动等物理实验取得重大成果提供了重要条件。     

HL—1M装置硼化膜的研究

ＨＬ－１Ｍ装置采用Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２蒸气对真空室内壁进行了原位硼化，取得了满意的效果。采用沉积探针技术并结合四极质谱分析技术对膜的成分、热解释性能、Ｄ＋束辐照化学腐蚀性能、ＨＬ－１Ｍ装置第一壁成膜的平均速率和膜厚的均匀度以及硼化前后的碳、氧杂质和放电期间器壁再循环特性进行了研究。     

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。     

MPT-X装置电子迴旋共振放电清洗实验初步结果

聚变实验装置的真空室壁上吸附的杂质可以使用放电清洗的方法去除。在MPT—X托卡马克上,我们在纵场线圈中通电产生磁场,由窗口注入微波(2450MHz),电子迴旋频率与微波频率相同时,产生共振吸收,从而得到高密度,低温等离子体。等离子体和壁之间的相互作用,使碳、氧等杂质形成碳氢化合物,水或碳的氧化物而被解吸,被抽气泵抽除。研究了等离子体的密度,温度与微波功率、共振面位置、运行气压的关系;研究了聚变实验装置真空室器壁吸附的主要杂质CH_4、CO,特别是H_2O,在不同等离子体条件下的解吸关系;发现存在着最佳运行气压,这个运行气压与该等离子体温度有关;对于清除主要杂质H_2O的最佳等离子体温度相当5eV。利用一个简单模型,分析了等离子体密度和温度对杂质,特别是H_2O的解吸及去除的关系,并且解释了实验结果。     

HT-7托卡马克全金属壁及锂化条件下辉光放电清洗的研究

辉光放电清洗被广泛应用于聚变装置的壁处理,但是对于未来国际热核实验反应堆全金属壁条件下的实验运行,需要积累更多经验。HT-7托卡马克从2011年开始,采用全金属第一壁,包括钼限制器和不锈钢内衬,而且具有抑制杂质和降低再循环功能的锂化,也被HT-7用为常规的壁处理。研究发现,辉光放电清洗对于锂化金属壁同样具有杂质清除效果。全金属壁条件下,He辉光对于H,O,C的清除率分别达到4.2×1023,1.1×1022,2.4×1021atoms/h,锂化条件下,He辉光的清除率具有相似水平。此外,文章还研究了不同种类气体和壁温对于辉光效果的影响。先进超导托卡马克实验装置(EAST)不久也会采用钨偏滤器和钼第一壁,因此本文研究的内容对于全金属壁的EAST也同样具有重要意义。     

用钛吸气和壁碳化改善WSIP—RFP装置的等离子体性能

用钛吸气方法制备清洁表面净化环形反场箍缩装置内真空室以及原位壁碳化改善ＳＷＩＰ－ＲＦＰ装置器壁状态，减少了该装置等离子体中的杂质水平，提高了等离子体性能。     

托卡马克中的超高真空技术

超高真空技术对于现代托卡马克、先进高密度偏滤器和下一代托卡马克工程堆的设计、运行、升级和氚演－氚演证实验都起着举足轻重的作用,同时聚变研究的许多新概念也驱使超高真空技术革新。三十五年来,等离子体「密度、杂质和壁条件的５控制紧密地与抽空检漏、烘烤去气、放电清洗、壁处理氢（氘氚）的捕获释放和再循环、壁腐蚀宙积等模式联系在一起;高性能的真空室、耐规律性振动的超高真空密封、先进的等离子体面向组件、有效的壁     

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     

EAST等离子体放电真空室暴露大气后的真空恢复研究

洁净的壁条件和良好的真空环境是托克马克装置运行的基本条件,但是真空室暴露大气后会在器壁表面吸附大量的杂质,如何快速恢复良好的真空环境以及壁条件是关系到托克马克运行效率和成本的一个关键问题。本文深入分析了EAST 2015年夏季实验期间真空室两次暴露大气后的壁处理对真空条件的恢复,结果显示水汽是真空室暴露大气后的主要杂质成分,直流辉光和离子回旋放电清洗与第一壁200℃烘烤同时进行能够有效地恢复真空。研究结果还发现暴露大气前的第一壁涂层处理会增强杂质的吸附,需要更长时间的壁处理才能够恢复较好的真空条件。     

用钛吸气和壁碳化改善SWIP－RFP装置的等离子体性能

用钛吸气方法制备清洁表面净化环形反场箍缩（ＳＷＩＰ－ＲＦＰ）装置内真空室以及原位壁碳化改善ＳＷＩＰ－ＲＦＰ装置器壁状态，减少了该装置等离子体中的杂质水平，提高了等离子体性能。     

HT—6B托卡马克真空室的放电清洗

本文叙述了在HT-6B托卡马克装置上,采用脉冲放电清洗去除真空室壁表面杂质的初步实验结果。用四极质谱计来测量放电前后杂质的变化。实验结果表明,脉冲放电清洗是去除轻杂质的有效方法。     

HL-1M装置氦辉光放电清洗的实验研究

氦辉光放电清洗 (GDC(He) )是HL - 1M (环流器新一号 )托卡马克装置控制C、O杂质、壁H再循环和改善真空壁条件的有效方法。它与泰勒放电清洗 (TDC)、交流放电清洗 (AC)、电子回旋共振放电清洗 (ECR)相比 ,设备简单、不需要磁场且操作安全 ;与烘烤去气相比 ,它对环形真空室壁的去气率高 ,本底杂质浓度低。分别描述了去O、去C和去H的清洗模式 ,并提出了控制壁H再循环和壁清洁度的清洗指标     

在甲烷和氢气的混合气体中的直流辉光放电清洗实验

本文叙述了在ＣＨ４＋Ｈ２混合气体中对不锈钢真空室壁的直流辉光放电清洗的实验研究结果。实 验表明，它具有相当高的去除氧杂质的能力，而且可以在室温下进行。通过控制ＣＨ４的浓度，可以方便地控制碳在壁上的沉积率，从而开辟了一条形成碳化壁的途径。     

HT-7超导托卡马克第1壁B/C膜吸O性研究

通常在托卡马克第1壁沉积1层B膜,以降低托卡马克等离子体的O杂质。在HT-7第1壁位置处放了几个石墨样品,它们与HT-7一起硼化。硼化后取出部分样品膜,剩余样品留在真空室接受聚变等离子体的轰击。对鲜膜和轰击膜进行XPS分析,发现在成膜过程中B膜开始吸O;等离子体轰击时,B膜进一步吸O。O在膜中与B以化合态B2O3形式存在。并对实际中存在的一些问题进行了探讨。     

HT—7超导托卡马克第1壁B／C膜吸O性研究

通常在托卡马克第1壁沉积1层B膜，以降低托卡马克等离子体的O杂质，在HT－7第1壁位置处放了几个石墨样吕，它们与HT－7一起硼化，硼化后取出部分样品膜，剩余样品留在真空室接受聚变等离子体的轰击，对鲜膜和轰击膜进行XPS分析，发现在成膜过程中B膜开始吸O；等离子体轰击时，B膜进一步吸O，O在膜中与B以化合态B2O3形式存在，并对实际中存在的一些问题进行了探讨。     

HL—1M装置真空壁硅化的研究

CDC（He SiH4)是为HL－1M装置研制的一种常规壁处理技术。在He辉光等离子体作用下,通过气相中的电子碰撞离解,电离,离子－分子反应和在壁面上的He^ 诱导脱H2过程,一种无定形的,半透明的,致密的氢化硅（α-Si:H)薄膜被沉积在清洁的真空壁表面。在托卡马克放电中,硅化壁的特点是有良好的H（D）捕获得,H2（D2）释放和低再循环性能,强的控制杂质能力和较长的寿命时间,结果显著地拓宽了等离子体密度ne,持续时间Tp和能量约束时间τE等的运行范围。自1996年以来,它成功地演证LHCD,ICRH,ECRH,NBI,PI,MBI实验和升级等离子体运行提供了良好的真空壁条件,并取得了丰硕的物理实验和工程技术的研究成果。同时还为利用中型装置在长脉冲放电条件下,开展等离子体与表面互相作用（PSI)提供了一条新的途径,本文主要描述HL－1M装置的Si化关系,参数和放电进展。     

HL-2A装置器壁处理质谱分析

为了对HL-2A装置升级改造后的器壁处理效果展开分析，使用四极质谱计对HL-2A装置壁处理过程中或壁处理前后的残余气体进行了质谱测量。利用粒子平衡方程和质谱图变化分析了直流辉光放电清洗过程中的气体成分变化。研究了HL-2A装置壁处理的性能并优化了He+D₂-GDC的氦氘比例参数。结果表明：HL-2A装置真空室烘烤除气后，残余气体中H₂O所占百分比由烘烤前的92%降至56%，真空室真空度达到2.2×10^-5Pa；在不同阶段利用H₂-GDC、He-GDC、He+D₂-GDC进行壁处理消除了真空室内部件升级改造对壁处理造成的不利影响，保障了HL-2A装置等离子体放电实验的开展。