HL-1M装置氦辉光放电清洗的清除率研究

通过对ＨＬ－１Ｍ装置的氦直流辉光放电清洗（Ｈｅ－ＧＤＣ）的放电特点和清除率的研究，发现环形真空室的对称性导致与阳极截面对称的区域的场强很弱，使其阴极位降区的厚度远大于氦离子的平均自由程，严重影响清除率，因此提出采用多电极不对称阳极电位的辉光放电来提高清除率；同时发现，辉光放电清洗使氢分压比托卡马克放电的送氢压强低一个量级以上，才能重复进行好的有辅助加料的托卡马克放电。     

托卡马克增强约束态的排氦研究

由于氦在当前托卡马克放电实验和将来D－T聚变反应堆中的特殊作用,通常将氦和其它杂质分开来研究。首先,几乎现有的托卡马克装置都采用氦辉光放电清洗（He-GDC)作为常规壁处理技术。这个技术能有效地清除壁材料表面的氧和排空吸附在壁／孔栏中的氢。He-GDC后氦作为剩余气体留在真空室将继续影响等离子体放电。它不仅直接贡献电子,而且引起壁中的氢解吸,导致增强的壁加料,在HL－1装置的喷氦实验表明,电子密度衰减时间常数τp=τp(1-R)是喷氢的3倍（式中,τp是粒子约束时间,R是氢再循环系数）;对于同样的密度,送入气体的量仅为喷氢的1／5,有利于当前有高密度实验。但另一方面,从长远的观点看,排氦又是磁约束D－T聚变反应堆设计的一个重要问题。热化的α粒子所谓氦灰,作为D－T聚变反应的产物必须从系统中除去,否则,燃料将被累积的氦稀释引起氦中毒。下一代稳态托卡马克,如国际热核实验堆（ITER）设计成在增强约束态下运行。Reiter估计必须在7－15倍能量约束时间内（τHe/τE<7-15)把新产生的氦离子除去,使等离子体芯部的氦浓度保持在10％以下,才能维持堆的连续运行。     

HL-1M托卡马克氦输运和排除

研究了HL－1M托卡马克常规欧姆放电和改善的束状态下的氦输运和排除,并与一维蒙特卡罗中性氦输运程序IDHET的计算结果进行了比较。实验结果表明,真空泵能有效地抽除辉光放电清洗后在剩余气体中的氦,使真空室内的氦趋于一个较低的固有水平。在改善约束实验中,发现氦有积累增加的趋势,氦谱线发射强度径向分布峰向内移,在对总体约束影响很小的情况下,利用低水平的MHD扰动,采取LHCD与ECH辅助加热功率组合等进行了一些选择性排氦实验,并对将来堆条件下或HL－2A装置上利用射频场有质动力改善排氦效率的前景进行了讨论。     

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对清洗放电时ITER辉光放电电极采用水冷和气冷条件下的电极冷却进行了计算。当辉光放电清洗功率为9000W,冷却水的流速为4~6m.s-1,入口温度为室温25°C时,电极的温升不会超100°C。当冷却媒介为氦(He),速度为300m.s-1,入口温度为室温25°C时,最高温度不会超过200°C。计算表明,当仅仅考虑因辉光放电电功率所导致电极发热时,水冷可以满足电极辉光放电时的冷却要求。     

HL—1M托卡马克装置的DC辉光放电清洗

本文简要叙述了ＨＬ－１Ｍ的ＤＣ辉光放电清洗技术和放电结果。实验表明，类似ＨＬ－１Ｍ托卡马克装置的真空室，经过烘烤，Ｔａｙｌｏｒ放电和ＤＣ放电清洗后，有可能得到高品质的等离子体。     

大气压交流辉光放电等离子体气—液相化学反应器

本文介绍一种大报压交流辉光放电等离子体气－液相化学反应器的结构，放电实验及应用结果。该反应器在气－液混合和大气压条件下顺利地产生了氢等离子体，并在常温，常压和无催化剂作用下，对液相Ｃ１８烯酸进行了选择性加氢。     

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。     

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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-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。     

气压对微束射频容性放电模式调制的研究

微束射频容性放电在纳米晶体颗粒等离子体增强气相合成有着潜在的应用前景.本论文利用ICCD、单反相机、高压探头和电流探头等对微束射频容性放电特性进行了实验诊断研究.结果发现:在纯氩气微束射频放电中,随着气压的增加,放电从辉光放电模式向多通道丝状放电模式转换;在99%氩/1%氢混合气体微束射频放电中,丝状放电模式消失,而是从低气压全空间分布的辉光放电模式,到中等气压向轴心收缩的辉光放电模式,最后到高气压的“环状”辉光放电模式;而在纯氢气微束射频放电中,随着气压的增加,放电模式直接从全空间分布的辉光放电模式向“环状”辉光放电模式转换.最后通过射频电场中电子加热、趋肤效应和气体热传导的共同作用解释了产生不同放电模式的物理机制.     

HL-2M初始等离子体放电阶段的辉光放电清洗系统电极的设计与分析

针对HL-2M装置初始等离子体放电阶段所需的直流辉光放电清洗系统的电极进行了设计.对辉光放电清洗系统在不同工况下的系统负载进行了分析和拟定,并确定了电极结构设计分析标准.根据系统电极的结构特点并结合系统负载规范与分析标准,依据不同的失效模式对电极进行了失效分析.分析结果表明,此针对初始等离子体放电的电极设计能可靠安全运...     

H_2辉光放电清洗时轰击器壁的离子能量测量与分析

一、引言 辉光放电是清洗锻炼环流器真空室器壁的有效手段。H_2辉光放电时,氢离子轰击器壁与器壁中的C和O发生化学反应,生成CH_4,H_2O等气体;同时,这些离子提供能量使得吸附在器壁表面的杂质气体脱附,从而被泵出真空室外,达到清洗锻炼的目的。由于辉光放电时,离子轰击的能量较高,会引起一定的溅射沉积。我们在模拟真空室(六通装置)进行了辉光放电,对各种参数下的离子能量进行了测量,从中找出了离子能量与极间电压(阳极与器壁之间的电压)、放电电流、以及气压、离子流密度之间的某些关系。     

10-2～105 Pa气压范围的氦等离子体光谱分析

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱.通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射.我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段.     

从大气压到超低气压范围的氦等离子体发射光谱的基本特性

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱。通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射。我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段。     

用于辉光放电清洗的LCC谐振变换器仿真

针对辉光放电清洗系统中气体击穿之后对电源的恒流要求,提出用LCC谐振变换器的新方案,以改进辉光放电清洗电源方案,增加电源方案储备。利用软件工具选取参数范围、辅助理解拓扑特性以及验证方案。分析了LCC传递函数中主要参数品质因数QL和串并联电容比A对电路增益以及谐振器件应力的影响,设计了合理的参数取值。根据参数取值,利用MATLAB仿真表明,电源的闭环仿真输出达到额定值,LCC拓扑能满足辉光放电清洗电源的参数要求。LCC谐振变换器的电流归一化曲线表现出良好的恒流特性,适合设计成电流源。     

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。     

HL-1M装置的真空运行与质谱诊断

通过对真空运行模式、真空运行参数、辉光放电清洗和硅化壁处理手段的规范化，显著地降低了HL－1M装置的真空壁出气、本底杂质浓度、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，并为验证低混杂电流驱动、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及升级等离子体运行提供了良好的壁条件。描述了HL－1M装置真空系统、壁出气和再循环、质谱诊断和程序脉冲送气等方面的主要实验成果，这些结果为HL－2A装置的真空系统研制和运行提供有益的参考。     

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装置硅化对杂质线辐射的影响

在2004年的实验中，首次在HL-2A偏滤器装置上进行了硅化器壁处理，在这种硅化器壁的条件下，对轻重杂质的线辐射进行了研究，并与无硅化条件下的杂质特性作了比较。在实验中，通过观测杂质的辐射特性研究了硅化对杂质的吸附作用和硅化效果的维持。并通过调整硅化后的辉光放电清洗，研究了硅化对氢再循环的影响。