EAST锂化系统的优化及其对等离子体性能的影响

为提高锂膜在先进实验超导托卡马克(EAST)内真空室器壁上的均匀性,从而提高锂膜对再循环的控制,对杂质的抑制能力,优化设计了新型三孔蒸发型坩埚,并成功的用于锂化壁处理实验。实验表明,锂膜在内真空室器壁上更加均匀,坩埚附近没有出现明显的锂膜起皮现象,下石墨偏滤器得到有效的覆盖。锂膜均匀性的提高,有效的提升了初次锂化壁处理对控制再循环,抑制杂质的能力,同时也延长了锂膜的寿命。为了恢复内真空室第一壁上退化锂膜的性能,优化设计了一套新型炮间锂化系统。新型炮间锂化系统成功在等离子体放电间隙开展了锂化壁处理,挡板开启后,锂蒸气成功注入到内真空室中,有效地抑制了等离子体放电中的再循环水平、杂质含量及总辐射功率。     

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。     

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。     

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。     

HT—7超导托卡马克第一壁He辉光硼化实验研究

为了降低聚变等离子体杂质的含量,改善等离子体性能,对HT-7进行了射频辅助的氦气直流辉光放电硼化.硼化后,等离子体参数提高,等离子体行为明显改善.由此证实了硼化为HT-7稳态运行提供了良好的壁条件.     

四极质谱计在超导托卡马克装置上的应用

四极质谱计广泛用于托卡马克装置上,用来监测聚变装置的真空品质,为真空系统的状态提供判断依据。本文介绍了四极质谱计在全超导非圆截面托卡马克装置(EAST)上的多种应用,为聚变装置的第一壁处理和聚变过程中多种残余气体成分含量变化提供数据。实验证明四极质谱计是EAST装置真空系统运行、等离子体与器壁相互作用研究过程中一种较为基础的测量工具。     

超导托卡马克EAST限制器材料的腐蚀与沉积的研究

在磁约束聚变实验装置托卡马克中,第一壁材料直接面对高温等离子体,承受高能粒子的轰击。随着聚变装置等离子体存在时间的延长及辅助加热功率的增加,第一壁材料腐蚀和沉积将会越来越严重。材料的腐蚀一方面会污染等离子体影响聚变等离子体的品质,另一方面将危害装置的安全运行。为了提高材料的物理和化学溅射阈值,超导托卡马克东方超环(EAST)装置上选用掺杂碳化硅涂层石墨作为第一壁材料。本实验通过离子束表面分析方法,研究了EAST装置中限制器石墨材料的腐蚀与沉积特性,结果显示在累计大约36000s的等离子体实验中,安装在限制器上的标记瓦块近1μm的碳涂层基本被腐蚀,其腐蚀速率超过0.0278 nm/s。     

EAST超导托卡马克装置真空抽气系统

真空系统在EAST全超导托卡马克装置中是非常重要的组成部分,它主要由内真空室抽气系统和外真空室抽气系统组成。内真空室抽气系统主要由主抽系统、偏滤器抽气系统、低杂波抽气系统组成,主要为等离子体的稳定运行提供清洁的超高真空环境;外真空室抽气系统主要由主抽系统、电流引线段抽气系统及低温阀箱抽气系统组成,主要为超导磁体的正常运行提供真空绝热条件。EAST真空抽气系统经过三轮物理实验的不断改造和完善,目前基本满足了等离子体物理实验的需要。     

EAST装置2 kW/4.5 K氦制冷机透平膨胀机的测试

EAST装置于2006年成功进行工程调试和物理实验,全部超导磁体均已冷却到液氦温度,并获得了第一次等离子体.低温系统共有4台俄制氦透平膨胀机,通过气体绝热膨胀来获得低温.实验表明4台透平的设计满足EAST装置对冷量的需求,透平效率略低于设计值,流量比设计值大.介绍了EAST低温系统中4台透平膨胀机的设计参数、启动过程和运行,并对透平膨胀机在运行过程中的性能参数进行测试和分析.