HL—1装置等离子体辐照Tic涂层实验分析

一、引言在聚变等离子体中控制杂质的污染被认为是获得高温等离子体的重要问题之一。因此对材料要进行优化选择,例如石墨和碳就是目前有利的孔栏材料和结构材料。但是由于碳的自溅射作用和化学活性,在高温溅射时可形成易挥发的碳化物,如甲烷等从而增加了化学腐蚀。某些含碳的化合物如TiC,SiC和BC以及氮化物如TiN和Si_3N_4等是目前研究的一些有用途的材料。实际上TiC或TiN已经用于孔栏,壁内衬涂层或高频加热天线。     

HL—1装置表面分析站的研制

等离子体与表面相互作用的重要性是人们公认的。我们试图在HL-1装置上原位测量表面状态,本文叙述了为HL-1研制的表面分析站及测得的一些结果。为装置提供了实验数据。     

HL-1托卡马克放电辐照的因科镍和铝的表面效应研究

核聚变能是最有希望的一种新能源,我国自行设计与建造的核聚变装置——HL-1已于1985年投入运行。研究核聚变装置中等离子体与器壁、孔栏材料相互作用日益受到广泛重视,因为这种反应造成等离子体的污染及聚变装置材料灼损坏。同时,这一研究还将提供等离子体边界层的性能参数,为下一代装置的器壁材料选择和结构设计提供参考。本文研究了镍基合金和铝探针在HL-1装置的等离子体括削层内,经等离子体辐照后的表面形貌及表面组分的变化。     

HL—1装置等离子体密度反馈实验

本文叙述HL-1装置用反馈脉冲补充送气方式控制等离子体密度的方法及实验结果。给出了在固有的物理实验条件下的最佳反馈方式,实现了对密度的有效控制及反馈。讨论了在不同密度条件下的几种反馈方式及反馈系统尚存在的不足之处。     

HL—1装置交流放电碳化实验

一种交流放电原位碳化技术首次在HL-1装置环形真空室内壁进行了试验。碳沉积膜样品作了扫描电镜,俄歇电子能谱和二次离子能谱深度轮廓和成分分析。壁碳化前后托卡马克放电杂质可见光谱和真空紫外光谱强度对照分折表明,碳化壁状态下,孔烂和金属壁材料Mo和Cr等在等离子体中含量下降80％左右,而C,O等轻杂质量有所上升;氢粒子约束时间τ_p和再循环率系数R较裸金属壁状态大致增加20％。碳化壁经惰性气体He或Kr放电锻炼后,在托卡马克放电中壁表面显示出明显的抽吸作用。     

HL—1装置等离子体辐射损失实验研究

本文叙述了在器壁碳化、抽气孔栏、偏民极、送杂质气体、ＥＣＲＨ加热和弹丸注入等实验条件下用多道辐射热探测器阵列测得的ＨＬ－１等离子体辐射损失，并给出了辐射损失的时间分布图。     

HL—1装置的金属杂质沉积实验

采用立体探针与二次离子质谱计（ＳＩＭＳ）分析相结合，对ＨＬ－１装置刮削层空间的杂质沉积特性和分布规律进行了实验研究。测量了在石墨活动孔栏条件下，立体针表面杂质沉积特性和分布规律进行了实验研究。测量了在石墨活动孔栏条件下，立体探针表面杂质沉积的径向分布，纵向分布，极向分布和Ｈ＾＋剖面分布。并讨论了实验结果。     

高性能碳材料在HL—1M边缘等离子体中的辐照实验

碳材料尤其是掺杂改性的石墨和C／C复合材料仍是面对等离子体壁材料（PFM）的首选之一。近年来,我们用热压方法研制了一系列的硼（B）、钛（Ti)、硅（Si)掺杂石墨和B4C掺杂C／C复合材料。化学溅射和氢滞留与解吸实验研究表明,一定量的B杂质能够有效地减少化学溅射产额,降低氢和甲烷的解吸温度和减少甲烷的解吸产额。然而单项的模拟实验对于检验材料的综合性能是不够的,为此,有必要将材料引入Tokamak进行材料的边缘等离子体辐照实验,以研究材料的综合性能和协同效应机制,从而为材料的研制提供第一手的数据。     

HL—1装置的低q放电实验

装置获得的最低qL值是衡最托卡马克磁流体不稳定性的控制水平的重要品质参数.通过精细调节补充送气和电流上升率的方法控制电流密度分布,使用钛吸气方法控制边缘等离子体参数,HL-1装置获得了最低qL值为1.8的稳定等离子体。实验结果表明,若电流上升率与密度上升率之比为(23—40)×10~(-19)kA·m~3的范围内,最利于获得低MHD增长率的稳定放电。预计这与中心q(0)<1峰化的电流密度分布有关。     

HL—1M装置欧姆等离子体实验的初步分析

从１９９４年１０月２４日开始，对ＨＬ－１Ｍ装置进行欧姆加热等离子体的调试实验，获得了Ｉｐ＝３１０ｋＡ，ｑｎ＜２．５，ｎｃ＝３×１０＾１３ｃｍ＾－３，Ｔｃ（０）＞１ｋｅＶ，Ｔｉ（０）＞０．５ｋｅＶ和τＥ≈１０ｍｓ的平衡稳定等离子体。本文简述了ＨＬ－１Ｍ装置及其诊断等的实验结果进行了初步分析和讨论。     

HL-1装置杂质成分的AES分析

HL-1装置放电期间,利用输样机构上GH39和Si收集探针的俄歇电子谱仪(AES)分析,观测了由器壁和孔栏溅射,蒸发出来的金属重杂质Mo,Cr和Ni等在刮离层中的空间分布,以及沉积层的深度分布。     

HL－1装置热脉冲传播的傅里叶分析

本文采用一种新提出的数值方法［１］，即傅里叶变换分析法，研究了ＨＬ－１装置中用软Ｘ射线测量得到的锯齿振荡诱导的热脉冲传播行为。此方法不仅可以计算扰动调制的热传导系数，而且可以分析各次谐波的幅值和相位随频率及空间的演变，并与热脉冲峰值时间延迟分析法进行了比较，两者推算的热传导系数符合较好。所得结果和稳态能量平衡方法的推测值也为同一量级。在相似条件下，氘放电的热传导系数比氢小，即同位素效应能改善约束。大量运算结果表明，傅里叶分析法和峰值时间延迟分析法都可用于ＨＬ－１装置热脉冲传播的常规数值分析，并可应用于ＨＬ－１Ｍ的数据处理。     

HL—1装置等离子体破裂的电磁效应

本文描述HL-1装置放电过程中,等离子体破裂及环形导体中感应电压和电流的精细测量。给出了破裂时内真空室和铜壳的感应涡流、磁场和电动力。分析了它们对装置工程的影响。     

HL-1装置石墨孔栏杂质收集探针的俄歇电子能谱及孔栏表面分析

在HL-1装置的输样机构上安放了硅收集探针。经过55次高功率托卡马克放电辐照后,对于因石墨孔栏被腐蚀而溅射蒸发,并沉积在硅收集探针上的杂质涂层进行了俄歇电子能谱(AES)分析,获得无主动冷却石墨孔栏被腐蚀而溅射蒸发出来的碳杂质流通量约为8×10~(13)cm~(-2)·S~(-1),金属重杂质镍和铬较GH39高镍钢孔栏时降低44％左右。     

HL-1装置中的等离子体与器壁相互作用

本文对HL-1装置欧姆加热放电时,等离子体—器壁相互作用进行了实验研究。质谱分析定性地指出,主要气相杂质H_2O来自零级表面化学反应,CH_4来自多步骤合成表面化学反应,CO(CO_2)则来自碰撞表面化学反应。收集探针的表面分析显示出,Mo,Cr和Ni等为主要的重杂质;蒙特卡罗模拟分析给出了氢粒子注入硅探针的特征深度和其动力温度的拟合直线关系式。     

HL—1装置等离子体粒子平衡的光谱研究

本文描述HL-1装置器壁碳化,观察了碳化前后氢的约束时间和再循环现象,同时还观察了加抽气孔栏条件下粒子约束时间和再循环的变化。实验表明,碳化后氢的再循环增大,使用抽气孔栏可以控制壁附近边缘等离子体的粒子密度,粒子约束时间比不用抽气孔栏增大17.7％,再循环系数减小13.2％。     

用钛吸气方法改善HL-1装置的等离子体性能

用钛吸气方法减少了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1.6;在程序控制送气技术的配合下,有效地控制了密度变化,获得线平均密度元_max=4.9×10~(19)m~(-3)的较高密度的稳定放电;成功地扩展了运行参数空间。