氦、氢直流辉光清洗对杂质的清除实验

直流辉光放电清洗在现代聚变装置上应用非常广泛,如JT－60U,JET,TFTR等。HL－1M装置是单层真空室结构,其材料为00Cr18Ni10Ti不锈钢和石墨孔栏,石墨覆盖整个真空室内壁表面的6％,使用2套超高真空机组抽气。因此真空室内可能有金属杂质Cr,Ni等,主要来源于器壁;还含有杂质Si,B等,主要来源于器壁的原位沉积处理,如硅化[直流辉光放电清洗（GDC）（SiH4 He)],硼化[GDC(C2B10H12 He)]等。而目前运行的聚变装置中主要是来源于石墨的低Z杂质（C和O等）,对第一壁进行He、H2、H2O等。由此可知,真空室器壁内表层的吸附物大致为金属氧化物、非金属氧化物、碳氢化合物、氢氧化合物等,为了更好地控制密度和真空壁条件达到清除其杂质的目的,我们分别用He,H2对真空室器壁进行直流辉光放电清洗。     

混合气体组合放电清洗在HL—1装置上的实验研究

在HL-1装置上进行混合气体H_2+H_e,H_2+N_e,H_2+K_r和N_2+X_e交流(50Hz)放电锻炼孔栏(1/8石墨,7/8钼)和GH39不锈钢真空室表面,其清洗效果明显地好于通常低功率纯氢气放电清洗(TDC,GDC和ECR-DC),并能有效地降低裸金属和碳化器壁表面氢气体库贮量,有利于托卡马克放电氢再循环控制,为高密度和低q放电提供了洁净的器壁和环境。上述混合气体交流放电结合2.45GHz电子回旋共振(ECR)放电,取得了更好的清洗效果。本文对这种高效、快速清洗方法的机制作了简单分析。     

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。     

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.     

预试环中H_2及掺杂甲烷的辉光放电清洗

本文给出了在预试环中产生和维持辉光放电的基本参数、氢气(H_2)及氢气掺杂甲烷(H_2/CH_4)辉光放电清洗过程中的质谱分析结果以及氢气辉光放电清洗处理后的样品表面SIMS(二次离子质谱)结果,并进行了讨论。     

D2及高浓度H2／CH4辉光放电

D_2辉光放电实验的目的旨在进一步了解辉光放电清除水的机制,弄清辉光放电清洗时,高本底H_2与质谱仪中离子源反应生成H_2影响质谱仪分析的情况。实验是在FY-I装置(异形截面环流器)上进行的,装置结构见文献[2]。实验安排与预试环上进行的实验大致相同。重水(D_2O)在相对净化的氢纯化器内电解后,生成D_2(氘)经压电晶体阀控制输入。     

HL-2A托卡马克装置真空系统

介绍了HL 2A装置真空系统研制。它由真空主抽气系统、抽气偏滤器、直流辉光放电清洗系统组成。主抽气系统提供了装置真空室从大气到高真空、烘烤除气、直流辉光放电清洗所需要的抽气能力。抽气偏滤器初步实现了托卡马克放电过程中边缘粒子的抽运与控制;直流辉光放电清洗系统保证了装置良好的真空器壁条件。介绍了这些系统的初步运行情况,并给出了其测试结果。HL 2A装置首轮物理实验运行时真空室极限真空度达到4.6×10-6Pa,12h总漏放气率为1.8×10-5Pa·m3·s-1。     

HL-2A装置真空系统

现代核聚变实验装置要求的真空系统必须实现以下主要功能：（1）装置真空室的零部件及总体抽空和检漏；（2）真空室的烘烤除气（H2O）；（3）辉光放电清洗和面对等离子体部件的锻炼及原位处理；（4）边缘粒子的抽运与控制；（5）等离子体放电实验运行。     

HL-2M 装置初始等离子体放电阶段的直流辉光放电清洗系统研制

基于 HL-2M 托卡马克初始等离子体放电的工程需求,设计并研制了直流辉光放电清洗系统,包括电 极、馈线、电源、控制以及监测等关键部件和辅助子系统。研制完成后开展了系统装配和工程调试,并投入到首 次等离子体放电。实验结果表明,该直流辉光放电系统运行稳定、可靠,且此辉光放电清洗显著降低了真空室本 底杂质浓度,能满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的壁条件需求。     

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建立了烘烤出气和辉光放电清洗(GDC)出气的物理模型,研究了装置器壁的烘烤出气和辉光放电清洗出气特点.烘烤出气是体出气,出气过程满足扩散方程;GDC出气是溅射脱附过程,它主要是器壁表面的溅射诱导出气.由此分析了HL-1M装置的烘烤出气和辉光放电清洗出气特点,得出了一些经验公式.     

HL-1装置脉冲送气的数值研究

本文采用一维等离子体输运模型,研究了脉冲送气对HL-1装置等离子体的影响。脉冲送气使等离子体密度提高1—2倍,能量约束时间增长50％,离子温度也有所提高;脉冲送气过程中,等离子体边缘迅速冷却,电流通道收缩,中心区域电子温度平直化。     

熔池表面形状对电弧电流密度分布的影响

电弧电流密度分布决定着电弧热流密度、电弧压力的分布,是了解焊接电弧物理本质,建立 焊接过程数学模型的基础.根据电弧物理的基本原理,建立了电弧电流密度在变形熔池表面 上的分布模型,定量分析了熔池表面形状对电流密度分布的影响规律.计算表明,电流密度 在电弧中心线附近呈双峰分布,在离开电弧中心线一定距离处变为单峰分布,熔池表面形状 对电流密度分布有明显的影响.基于该模型计算的焊缝几何形状与实测结果符合得较好. 关键词： 熔池表面变形 电流密度 分布模型     

电子发射对稳态等离子体鞘层影响的理论研究和数值模拟

 建立了一套非线性自洽的流体力学方程组,研究了电子发射对稳态等离子体鞘层的影响,并分别考虑了发射电子及离子同中性原子的弹性和非弹性碰撞过程。数值结果表明：发射电子的初始束流密度及中性气体密度是描述鞘层空间演化的两个最关键的物理量,特别是发射电子的存在使得鞘层厚度变薄。     

射频等离子体鞘层动力学模型

在流体力学方程的基础上建立了一种自洽的无碰撞射频等离子体鞘层动力学模型.这种自洽性包含两个方面:一方面,由于考虑了瞬时鞘层电场对离子运动的影响,因此该模型适用于描述任意频率段的射频鞘层演化过程;另一方面,在模型中采用等效电路方法来自洽地确定极板上的瞬时电位与瞬时鞘层厚度之间的关系.采用数值方法模拟出鞘层的瞬时厚度及极板的瞬时电位变化、鞘层内离子密度和电场强度等物理量的时空变化.结果表明,当射频场的频率小于或等于离子等离子体频率时,离子流密度明显地随时间变化 关键词： 射频 离子 鞘层 流体力学     

磁镜场对射频等离子体中离子能量分布的影响

运用阻碍栅极型能量分析器,在不同磁镜场参数下测量了低温等离子体中离子的能量分布. 结果表明,在放电管中心处离子能量分布,随磁镜场强度的增加而向低能方向偏移,但离子能量分布宽度却没有明显的变化;而随着磁镜比的增加离子能量分布却向高能方向偏移,并且离子能量分布宽度也将变宽.由此可见,磁镜场参数对离子能量分布有很大影响. 关键词： 磁镜场 辉光放电 低温等离子体 离子能量分布     

前鞘等离子体的LB碰撞输运模型

本文从离子动力学方程出发，利用ＬＢ碰撞模型研究了离子－离子碰撞效应对前鞘等离子体输运的影响。电子分布假定为等温麦克斯韦－玻耳兹曼分布。结果表明，在低碰撞频率和高碰撞频率下，ＬＢ碰撞模型都能较好地描述前鞘等离子体中的离子－离子碰撞行为。离子－离子碰撞对表面等离子体的输运行为有较大影响。     

等离子体源离子注入鞘层时空演化的研究

本文使用流体动力学模型，研究了平板、柱形和球形靶的无碰撞及碰撞等离子体鞘层的时空演化，得到了鞘层边界演化、靶表面的离子注入电流密度和离子注入平均动能等参量。     

60kV离子源引出与加速系统的数值模拟

对 6 0kV、70A、2s离子源的四电极引出 加速系统进行了数值模拟。利用数值计算结果对系统进行了优化。在离子流密度为 0 2 4A·cm- 2 (束中H+ 1∶H+ 2 ∶H+ 3=0 .7∶0 .2∶0 .1)和离子源等离子体离子温度为 1eV时 ,由系统栅缝出射的束最大散角小于 1o。     

Potential of an insulated electrode in a high-energy electron flow under a gas pressure of 0.1–1.0 Pa

We analyze the variation of the floating potential of an insulated metallic electrode in a flow of electrons with an energy of up to 300 eV under a gas pressure of 0.1–1.0 Pa at a current density lower than 0.1 A/cm². It is shown that the dependence of the floating potential on the initial electron energy is non-monotonic; this fact is explained by the variation of the ratio of the ion current density to the density of fast electron current in the plasma. The balance of the electron and ion currents on the surface of an insulated electrode is ensured by the cutoff of the low-energy part of the electron flow at the level determined by the magnitude of the floating potential. The maximal value of the floating potential increases upon a decrease in the gas pressure; this is due to a decrease in the ion current density. The interval of energy variation in which the floating potential decreases from the maximal value (50–250 eV) to 5–6 eV increases with the electron current density and the gas pressure. The electrode material and the type of the gas do not noticeably affect the variation of the floating potential.     

用能化电子效应考察二次离子的发射机理

用能化电子改变样品的表面势,测量多种二次离子产额的能谱,发现在通常条件下,特别当存在氧增强发射时,离子的存活几率不为共振电子隧道效应所影响。动力学参量的数据表明,决定离子产额的表面势是高度局域的。并可推论电子束照射对二次离子质谱的定量分析可起有益的效用。 关键词：