HL-1装置碳氧杂质的质谱分析

本文描述了分析等离子体中C,O杂质的质谱法;用快速测量系统记录了杂质组分的时间行为;根据实验波形估算了HL-1等离子体中C+O的平均密度在脉冲送气下为4.5×10~11cm~(-3),连续送气下为6.1×10~11cm~(-3);由此等离子体中C+O的百分含量约为2％。     

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。     

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—1装置脉冲送气控制等离子体密度实验

本文描述HL-1装置用脉冲送气控制等离子体密度的实验。其结果表明等离子体建立后工作气体的快速注入(即边缘加料)能提高等离子体密度,改善等离子体性能。在较好地控制装置放电条件后(主要是等离子体电流,位移和杂质控制),多脉冲或长脉冲补充送气能在较宽范围内(0.8—7.0×10~(19)·m~(-3))有效地控制等离子体密度及波形,装置稳定运行区域大为扩展。最后讨论了器壁再循环对密度控制的影响和送气的加料效率。     

HL-1装置等离子体真空紫外光谱研究

本文叙述在HL-1装置上做的真空紫外区(300-2000A)光谱实验。用微通道板象增强器摄出了等离子体光谱,对光谱进行了辨认和分析;采用光电法测量了谱线随时间的变化和改变孔栏半径时杂质的变化情况,观察了等离子体发生小破裂时出现的光谱现象,对杂质的来源及某些性质作了分析研究;使用两条CⅣ谱线强度比,测出了放电初期的电子温度。     

HL-1装置杂质控制与补充送气初步实验

将部分真空室内壁蒸钛,使Z_(eff)降低到2左右,电流坪区拉长到近400ms。用多个窄脉冲补充送气,获得了密度较高的等离子体,最大达到3. 7×10~(13)cm。实验结果表明,当前改善HL-1装置放电品质的关键在于控制杂质。     

HL-1装置活动孔栏的表面探针分析

在HL-1装置的活动孔栏上敷设了硅收集探针、高镍钢(GH39,0.3mm)和铝(LFM,0.5mm)材料探针。在首轮物理调试期间的十万余次低温放电清洗和四百余次功率放电辐照后,对孔栏表面进行了弧烧蚀观察和表面探针的SIMS分析,推测出了HL-1装置孔栏刮离层等离子体的平均密度为10~(11)cm~(-3)。     

HL-2A托卡马克送气成像研究

送气成像(gas puff imaging，GPI)是一种重要的研究边缘辐射诊断手段.分析了送气(gas puffing，GP)的原子分子过程，指出气体辐射的主要成分是Hα线，出现在边缘区域，并给出其强度和位置的表达式.介绍HL-2A托卡马克上GPI成像系统的改进和实验布置.从成像的角度获得了GP实验中氢气在等离子体空间的辐射图形，观察结果证实上述分析.在放电开始阶段，氢原子可以穿越待建立的完全等离子体区并形成长条形的辐射亮区.一般的GP加料中，CCD图片与控制信号，以及其他诊断结果相符合.在等离子体边缘区域强场侧(HFS)和弱场侧(LFS)都观察到很强的Hα线辐射. 关键词： 送气 CCD成像 Hα线     

HL—1装置的真空壁条件

本文总结了HL=1装置在1984—1987年度运行期间的真空壁条件,等离子体环电压与杂质百分浓度的关系;并估算了GH39金属孔栏,G3石墨孔栏和蒸钛条件下等离子体中的碳、氧杂质的平均密度。真空室的主要杂质气体的总压强从1984年的5.3×10~(-5)Pa降到1987年的1.1×10~(-5)Pa。仅当本底真空p_o≤1.3×10~(-5)Pa,H_2O组份的百分浓度PH_2O/PH_2≤5％时,才能满足正常托卡马克放由要求的壁初开始条件。     

HL-1M装置等离子体的MARFE现象

在HL-1M装置上用分子束注入等离子体的气体加料方法提高了等离子体的电子密度。当线平均电子密度从 4× 10 13cm-3 上升到 7× 10 13cm-3 时 ,利用多道辐射损失测量系统测量到来自等离子体边缘的非对称辐射现象。在强场侧等离子体辐射损失功率密度大大高于弱场侧而线平均电子密度、OⅥ杂质谱线和Hα 谱线明显增加     

Thermal efficiency of the principal greenhouse gases

Atmospheric gases are ranked according to the efficiency with which they absorb and radiate longwave radiation.The open international HITRAN database of gaseous absorption lines of high resolution together with inverse Fourier transform were used.The autocorrelation functions of the total dipole moment of the basic greenhouse gases molecules such as H2O,CO2,O3,N2O,and CH4were obtained.Absorption coefficient spectra and emission power spectra of infrared radiation of these gases were calculated.Analysis of the emissive ability of all gases under consideration was carried out.Compared to CO2,all the gases under investigation have more effective emission except ozone.An efficiency criterion of IR absorption and emission is defined and is calculated for each studied gas,and the gases are ranked accordingly as follows(from strong to weak):H2O,CH4,CO2,N2O,and O3.     

低温等离子体活化转化煤层甲烷机理的光谱诊断

为了探究低温等离子体活化转化煤层甲烷的机理,采用自制的介质阻挡放电实验系统对体积组成为CH440%、O212%、N248%的模拟煤层甲烷进行等离子体活化转化。采用色谱分析方法对煤层甲烷介质阻挡放电稳定产物进行分析,结果表明低温等离子体活化煤层甲烷的主要产物为CH3OH、CO和CO_2。采用发射光谱原位诊断技术在200~700 nm波长范围内研究了放电气体的发射光谱,检测到O·、CH·、C·、Hα、N2(A3Σ+U)等激发态物种。基于发射光谱原位诊断和气相色谱分析结果,对煤层甲烷活化转化的自由基反应过程进行了推断。同时,明晰了反应气中N2对煤层甲烷活化和主要产物的生成具有促进作用,即N2产生了存活时间更长的亚稳态离子,该亚稳态离子将能量传递给反应气中的O2和CH4,进而加速了煤层甲烷的活化和稳定产物的生成。     

电荷调控下Ti3C2O2和V2CO2吸附CH4的第一性原理计算

本文采用第一性原理计算首先研究了Ti3C2O2和V2CO2与CH4气体分子之间的相互作用,发现Ti3C2O2和V2CO2对CH4的吸附较弱属于物理吸附,不适宜用作探测CH4。在此基础上研究了电荷调控下CH4气体分子与Ti3C2O2和V2CO2之间的相互作用。结果表明：随着体系电荷态的增加,Ti3C2O2和V2CO2对CH4气体分子的吸附作用逐渐增加变为化学吸附。当体系电荷态大于或等于-2时,CH4气体分子在Ti3C2O2和V2CO2表面可以被有效捕获。撤去电荷后,Ti3C2O2、V2CO2与CH4气体分子之间的吸附恢复至物理吸附,CH4气体分子易脱附。因此,通过调控Ti3C2O2和V2CO2的电荷态,可以简单地实现CH4的捕获与释放。Ti3C2O2和V2CO2有望成为CH4探测或捕获材料。     

A Kinetic Model for the Reactions of Co and H2 to CH4 and C2H2 in a Flow Microwave Discharge Reactor

A kinetic model was developed to describe the reactions of CO and H2 to CH4 and C2H2in a microwave plasma. The experimental system consisted of a 24 mm I.D. tubular quartz reactor which passed through a microwave cavity. A variable-incident power waveguide system could supply up to 800 watts of incident microwave power to the cavity. The reactant gas mixture of H2 and CO flowed through the reactor, where a plasma was maintained under pressures of 20 - 100 mm Hg. The reactor effluent was analyzed by IR spectroscopy for CH4 and C2H2. Conversions of up to 5.3% CO to C2H2 and 7.2% CO to CH4 were observed. A 26-reaction kinetic model was developed and fitted to the experimental data. The plasma reactor was modeled in two zones: a discharge zone where electron-impact dissociations produce H, C, and O, and a downstream recombination zone where the atomic species from the discharge recombine. The discharge zone was modeled as a well-mixed reactor, and the recombination zone was modeled as a plug-flow reactor. The model was able to explain the asymptotic shape of the observed conversion versus residence time data; the effect is due to a kinetic limitation. This also explains why the conversions obtained in the plasma cannot be predicted by thermodynamic equilibrium.     

煤直接液化残渣热解过程气体产物的析出

采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术研究了煤直接液化残渣(DCLR)的热解特性,重点对其热解过程气体的析出规律进行了分析讨论。研究表明,液化残渣热失重分为三个阶段,在405.10 ℃以前为残渣热解第一阶段;405.10～523.83 ℃主要为高沸点油和沥青质等的大量热分解阶段,当温度达到478.45 ℃时,失重速率达到最大值,此时失重量约占总失重的40.27%;523.83 ℃以后残渣的失重曲线较为平缓,失重量约占总失重的50.55%,主要由产物的二次分解和矿物质的热分解所造成。热解过程气体产物的析出也分为三个阶段,第一阶段主要释放的是H₂O和CO₂,第二阶段中析出的主要为CO₂,CH₄,CO、H₂O和少量SO₂,同时在458.4～791.9 ℃范围内伴随着焦油的大量析出,第三阶段主要是CO₂,CO和H₂O的析出。CO₂的释放主要归功于含氧杂环或OCO等含氧基团的断裂,而CO的释放主要由醚键以及含氧杂环热分解造成,脂肪烃的热分解是CH₄释放的主要原因。     

介质阻挡放电分解甲醇发射光谱分析

利用光学多道分析系统（Optical Multiple Analysis -OMA）,采用发射光谱方法,对甲醇气体介质阻挡放电 (dielectric barrier discharge---DBD)分解制氢过程进行了实验研究.通过对甲醇气体DBD放电等离子体荧光光谱的归属,确定了甲醇放电的主要荧光产物为CO、OH、H和CH;另外,还对CO和Ｈａ的荧光辐射强度随放电时间的演变过程进行了实验研究,发现在放电初始阶段,CO和Ｈａ的荧光辐射强度随放电时间急剧增强,表明了DBD放电能有效地分解甲醇气体,并由此对甲醇分解过程进行了分析讨论.在放电等离子体甲醇制氢过程中,最终产物是H2和CO;H2主要来自于ＣＨ２Ｏ分解以及甲醇分解产生的H原子直接生成;CO主要来源于ＣＨ２Ｏ分子分解产生.ＣＨ２Ｏ是甲醇分解制氢过程中一个关键的中间产物.     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

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。