真空下激光烧蚀碳化钨铜多组分等离子体发射光谱的时空演化研究

激光诱导击穿光谱技术目前已用于国内大科学装置EAST托卡马克壁诊断。在真空环境下,如何提升LIBS定量分析准确性是其进一步发展的瓶颈问题之一。在真空中,激光诱导等离子体具有高度时空非均匀性,对等离子体时空演化行为的研究,理解各个物种的演化规律,是进一步改进LIBS定量分析准确性的重要内容。针对托卡马克第一壁和偏滤器的材料相关的不同元素,该工作在真空环境下利用波长为1 064 nm、脉宽5 ns、功率密度6.3 GW·cm^-2的脉冲激光对三元合金-碳化钨铜((WC)₇₀Cu₃₀)进行烧蚀产生多组分等离子体,使用线性阵列光纤实现了对发射光谱的时空分辨测量。以三种元素CⅠ833.51 nm, CⅡ657.81 nm, CuⅠ515.32 nm, CuⅡ512.45 nm, WⅠ429.46 nm, WⅡ434.81 nm六条谱线为研究对象,研究了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的时间尺度以及多组分等离子体在扩张过程中发生的元素“空间分离”现象和“离子加速”现象。根据连续背景和六条谱线的时间演化规律,观察到连续辐射主要发生在等离子体...     

托卡马克中等离子体-表面相互作用研究现状

本文介绍了托卡马克装置等离子体-表面相互作用研究现状和发展方向。总结了表面相互作用的主要研究方面,其中包括可离子体边界层物理;燃料粒子再循环;等离子体杂质和控制;边界层等离子体诊断以及壁和材料问题。指出了未来聚变堆对杂质控制,排气和等离子体-表面相互作用的要求。     

EAST超导托卡马克装置真空室壁处理的研究

壁处理技术被广泛应用于托卡马克装置上,以降低装置本底杂质水平,改善器壁的再循环.自2008年起,EAST面向等离子体的第一壁采用全碳材料,由于特殊的石墨晶体多孔结构,具有高放气率以及对H₂O,H₂等杂质气体的高吸附性,从而使等离子体放电前期的装置真空室壁处理尤为关键.本文介绍了EAST装置真空室壁处理的实验系统,并研究了装置烘烤与不同工作气体及工作参数下的直流辉光放电清洗对杂质粒子的清除效果.实验结果表明:EAST装置真空室在经过长时问的前期壁处理后,显著地降低了真空室内壁的出气率与本底杂质浓度,这对随后进行的等离子体放电实验非常有必要.     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统的组建及其在位形识别上的应用

为了对HL-2A装置等离子体放电过程提供直观的观测，我们研制了一项新的诊断手段，即等离子体可见光成像系统(TTV)，这种诊断是近年来发展的先进诊断和测量方式，目前在国外托卡马克装置上得到了广泛的应用，而在国内托卡马克装置上则是首次采用。     

EAST等离子体Mo Ⅴ-Mo ⅩⅧ极紫外光谱的识别

磁约束聚变等离子体中高Z杂质的存在给等离子体的约束状态带来不同程度的影响.EAST装置第一壁是钼瓦,不可避免地,等离子体与壁相互作用会使钼进入等离子体成为高Z杂质.本文利用EAST托卡马克装置快速极紫外杂质谱仪系统实现了对5—500?(1?=0.1 nm)波段范围内杂质线光谱进行同时监测.结合EAST等离子体低、中Z杂质的特征谱线对波长进行原位标定,基于NIST数据库和已有实验数据进行对比,并利用归一化谱线强度随时间演化行为,对较低电子温度(T_e0=1.5 keV)等离子体中5—485?波段范围内由瞬态钼杂质溅射产生的钼光谱进行了系统性识别.在15—30?和65—95?波段范围观测到分别由电离态Mo¹⁹⁺-Mo²⁴⁺(MoⅩⅩ-MoⅩⅩⅤ),Mo¹⁶⁺-Mo²⁹⁺(MoⅩⅦ-MoⅩⅩⅩ)组成的未分辨跃迁系.而且在EAST上观测并识别出27—60?和120—485?波段范围内低价钼离子(Mo⁴⁺-Mo¹⁷⁺)的多条谱线(MoⅤ-MoⅩⅧ...     

HL-2A装置器壁硅化实验

中国环流器2A（HL-2A）是我国第一个运行于偏滤器位形的托卡马克装置，为在较高等离子体参数下深入开展改善约束、大功率二级加热和电流驱动和加料等国际前沿工程与物理课题的实验研究，其第一壁将覆盖大面积的石墨材料和碳纤维保护瓦。因此，HL-2A装置器壁原位处理技术的应用和发展，涂层与等离子体相互作用特性的研究对有效控制杂质的产生，改善等离子体约束性能，提高装置实验运行参数都具有重要的意义。     

HT—6B等离子体对金属玻璃的辐照效应

金属玻璃是由熔态经急冷淬火形成的非晶态金属,具有很高的力学强度和良好的抗腐蚀、耐辐照性能。关于中子、质子、电子和He、Ar离子等分别对金属玻璃的辐照损伤效应已有一些研究报道。托卡马克装置中的等离子体辐照是一种十分复杂的过程,它包括有质子、电子、光子、氘核和少量杂质重离子与中性粒子的混合辐照。本工作研究了某些金属玻璃在托卡马克装置真空器壁处经等离子体辐照以后的结构变化,探索金属玻璃用于托卡马克核聚变装置真空器壁的可能性。     

HL-2A装置等离子体边缘的单探针快采测量

托卡马克装置等离子体边缘和刮离层(SOL)物理的实验和理论研究是目前聚变装置中等离子体的杂质含量、杂质源分布以及SOL和芯部等离子体中各种杂质输运过程研究的重要课题之一。等离子体表面相互作用导致杂质的产生和随后杂质传输以及对芯部等离子体的污染。在孔栏和偏滤器靶板表面上易产生的离子通量的电荷态和能量通过物理贱射是确定杂质释放大小的最重要因素，而化学贱射是取决于表面形成的元素、碰撞的等离子体和表面温度。杂质传输强烈地取决于刮离层等离子体的背景特征，如温度、密度、传输效率和流速。     

真空中激光束对金属表面的作用

一、引 言 在聚变装置真空室里由于等离子体与第一壁表面相互作用,使得器壁局部过热蒸发产生杂质气体,如H_2O,CO,CH_4,C等。这些气体在托卡马克装置放电期间将会导致等离子体能量损失,另外还涉及氢的再循环问题。研究这些现象可以了解托卡马克装置真空室第一壁上吸附气体层的组分及相对含量,以改善真空室的边界条件,进一步减少等离子体能量损失。     

HL-2A装置杂质线辐射测量的初步结果

杂质作为等离子体和第一壁相互作用的产物，由于能强烈地影响等离子体品质而一直是人们关注的焦点之一。杂质作为托卡马克中热辐射和冷电子的来源，影响等离子体能量和粒子的平衡，进而影响等离子体密度、温度和电流的分布，制约着托卡马克等离子体的输运和稳态运行。     

HL-2A装置偏滤器运行模式的探针测量

HL-2A装置是一个具有偏滤器位形的托卡马克装置，为我们开展先进偏滤器物理实验和改善主等离子体约束性能研究准备了良好的条件。等离子体的杂质含量由杂质源分布以及SOL和芯部等离子体中各种杂质输运过程确定。由于离子碰撞可导致狭窄的偏滤器入口部件处杂质溅射的增强，与起源于靶板处的杂质相比，偏滤器入口处的杂质更有效地污染芯部等离子体。     

HL-2A装置偏滤器位形下氢和碳的粒子通量比

等离子体-壁相互作用通过各种机制释放粒子，主等离子体中杂质的数量限制了装置的性能。要深入认识杂质释放的机制，测量和分析粒子通量非常重要。文献[1]中详细描述了用光谱方法测量托卡马克等离子体中来自局部表面的向内的杂质通量，文献[2]报道了用这种方法测定ASDEX装置ICRF加热条件下向内的铬的通量。     

激光诱导氩气等离子体时间分辨特性研究

激光诱导击穿光谱(L IB S)以激光诱导微等离子体的原子发射为技术特征,在科研与工业领域正得到重视与蓬勃发展.作为环境气体的氩气对等离子体演化过程中粒子的碰撞过程有重要影响,决定着L IBS技术分析性能的发挥.利用光谱诊断技术深入研究LIBS技术条件下氩气的光谱特征,对于提升LIBS技术及其应用水平具有重要的意义.利...     

CT-6托卡马克研究(Ⅱ) 物理实验结果

本文报道了CT-6托卡马克装置在四万多次放电实验过程中观察到的现象和从大量数据中得到的一些规律性。这些实验结果分属于:平衡稳定等离子体的获得,等离子体形成阶段的特性,杂质和等离子体壁相互作用等几个主要方面。     

多次放电的激光诱导击穿光谱信号增强

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种广泛应用于科学和工程方面的元素分析技术。LIBS测量一些微量元素时存在探测极限高的不足,因此增强LIBS信号强度,降低元素探测极限,对扩展其应用范围有着重要的意义。为了实现LIBS光谱信号的增强,提出多次放电增强激光诱导击穿光谱方法,并以固体铝合金材料为例进行了光谱信号强度增强的研究。实验发现,激光作用在铝合金材料上烧蚀样品产生等离子体并溅射到样品上方高压放电电极所在区域,该区域在等离子体产生之后50 μs之内均可以诱导高压电极放电。因此采用高频脉冲电源可以实现一次LIBS产生的等离子体诱导电极多次放电。多次放电会对等离子体进行多次激发,同时多次放电对等离子的加热作用会延缓等离子体冷却速率从而延长等离子体的持续时间,两者共同作用可以增强LIBS光谱信号强度,进而降低LIBS对微量元素的探测极限。使用频率为100 kHz的高频直流脉冲电源,利用数字延迟脉冲发生器同步激光与高压电源,在激光过后3.6 μs触发高压放电,一次LIBS产生的等离子体可以诱导电极5次放电,即对等离子体进行5次激发和加热。利用光谱仪对5次放电等离子体光谱进行积分测量。实验结果表明：使用多次放电增强之后,等离子体持续时间得到大幅延长,光谱信号强度得到大幅增强,其中,Mg Ⅱ (~279 nm)的信号强度可以增强约48倍,Al Ⅱ (~358 nm)的信号强度可以增强约72倍,微量元素Mn Ⅰ (~403 nm)的信号强度增强约6.3倍,微量元素Cu Ⅰ (~403 nm) 的信号强度增强约8.3倍。Mn Ⅰ (~403 nm)和Cu Ⅰ (~403 nm) 的探测极限分别降低为LIBS单次放电的1/6和1/8。多次放电增强激光诱导击穿光谱方法很好地增强了LIBS的光谱信号强度,降低了对微量元素的探测极限,扩展了LIBS技术的应用范围。该方法有潜力应用到贵重物品、稀有材料及文物的鉴定之中。     

托卡马克理想导体壁与磁流体不稳定性

为了探索等离子体磁流体力学(MHD)不稳定性的导体壁效应以及壁设计思想,研究了基于HL-2A托卡马克偏滤器位形的、自由边界和多种形式的理想导体壁条件下的等离子体MHD不稳定性与装置MHD运行β极限.在稳定性计算中,考虑的是n=1扭曲模,该模对托卡马克等离子体MHD不稳定性有决定性的影响.研究着眼于验证多种形状导体壁抑制内、外扭曲模的有效性,观察运行β极限的变化,并讨论分析相关物理.研究发现在离等离子体适当距离处放置一个理想导体壁,可有效抑制外扭曲模.在壁与等离子体表面的平均距离相同、且足够小的条件下,圆截面壁并不一定是最佳选择,设置一个经过优化的多边形导体壁能更有效地抑制MHD不稳定性,它使本装置的理想MHD运行β极限β_N提高到2.73,比自由边界条件下(即假设壁设置在无穷远处的)装置的运行β极限值(～2.56)提高了约6.5%.这暗示需要根据有拉长、有变形的等离子体的极向截面形状,优化制作一个离等离子体表面平均距离尽可能近的多边形导体壁,才能取得抑制外扭曲模、提高β极限的最佳效果.     

CT-6托卡马克研究(Ⅱ)——物理实验结果

本文报道了CT-6托卡马克装置在四万多次放电实验过程中观察到的现象和从大量数据中得到的一些规律性。这些实验结果分属于:平衡稳定等离子体的获得,等离子体形成阶段的特性,杂质和等离子体壁相互作用等几个主要方面。 关键词：     

HL—1装置电流上升段辐射与杂质特性

托卡马克等离子体中的杂质会影响托卡马克的放电品质及等离子体特性。许多理论和实验对杂质的产生和输运做了深入详细的研究。等离子体电流起始阶段,由于约束性能不好,会引起大量的杂质产生,辐射损失增大是杂质增加引起的直接后果。杂质辐射是等离子体辐射的主要组成部分之一,等离子体线辐射功率～Z_(eff)~6,复合辐射功率～Z_(eff)~4,轫致辐     

微环装置中等离子体电位测量

等离子体电位是托卡马克装置的一个重要参数。它的测量在放电机制、等离子体的平衡与稳定、等离子体-表面相互作用以及杂质控制等研究课题中有着极其重要的作用。 本文描述用朗谬尔探针,以及由它组成的对称双探钎系统(以下简称SDP系统)测量微环托卡马克边界区等离子体电位V_0的两种方法和结果。     

激光诱导击穿光谱(LIBS)光谱诊断与元素分析及激光功率、入射角度以及测试足巨离的改变对结果影响

激光诱导击穿光谱法(LIBS)在精准识别该样品元素的组成成分和含量的同时,也可以得到该特征元素等离子体的电子温度、粒子旋转温度等相关光谱诊断参数.该方法非接触式、低损伤阈值,借助高速高分辨率响应的CCD探测元件更可以实现实时动态测量.文章基于LIBS的相关原理,对一块事先标定好元素成分的合金进行光谱诊断的同时,发现在改...