等離子體壁處理技術(shù)對(duì)第一壁性能的影響.pdf

1、聚變能是解決未來(lái)能源問(wèn)題的最有希望的途徑之一，而磁約束聚變是聚變能研究的重點(diǎn)之一。聚變研究五六十年來(lái)，人們發(fā)展了很多磁約束聚變裝置，其中托卡馬克被認(rèn)為是最有潛力的一種裝置，并在全世界范圍內(nèi)建立了大量的實(shí)驗(yàn)裝置。托卡馬克研究涉及的問(wèn)題非常廣泛，這也就要求人們的通力合作，國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆ITER計(jì)劃的確立，是磁約束聚變研究里程碑式的成就。隨后，托卡馬克的研究多是以ITER為目標(biāo)來(lái)展開(kāi)。ITER和其他DEMO堆一起，承載著未來(lái)幾十年的托卡馬克甚

2、至可以說(shuō)是磁約束聚變研究的重任。
　　EAST是全世界第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，2006年裝置建成并投入運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)歷了多次改造升級(jí)，也實(shí)現(xiàn)了很多等離子體參數(shù)的突破，是我國(guó)聚變能研究的標(biāo)志之一。EAST真空室表面積約為60m2，等離子體體積約為48m3，面向等離子體材料第一壁為鉬瓦，上偏濾器為鎢銅材料，下偏濾器為石墨材料。EAST上采取的壁處理技術(shù)有多種，主要為烘烤、直流輝光放電清洗、離子回旋放電清洗和硅化、鋰化涂層等。
　

3、　本文主要以EAST為載體分析了這些壁處理技術(shù)對(duì)器壁條件以及等離子體性能的影響。得到的主要結(jié)論有:
　　(1)烘烤效果受烘烤溫度和烘烤時(shí)間影響最大，烘烤是通過(guò)高溫使吸附在壁上的雜質(zhì)解吸，主要對(duì)低能鍵吸附的雜質(zhì)和高Z的有機(jī)雜質(zhì)的清除效果比較好，長(zhǎng)時(shí)間烘烤后的真空室真空條件有所改善，但仍不能滿足高性能的等離子體放電。
　　(2)放電清洗中，由于粒子能夠獲得很高的能量再去撞擊壁面，所以對(duì)于高能鍵吸附的雜質(zhì)也有很好的清除作用，放電清

4、洗有助于雜質(zhì)的清除、等離子體的建立，放電清洗的效果視工作氣體的不同而有所差異，氫同位素的放電清洗主要是化學(xué)反應(yīng)的參與使得對(duì)雜質(zhì)的清除效果略好于He的放電清洗，但氫同位素本身的滯留會(huì)影響等離子體密度控制，不過(guò)D2放電清洗對(duì)氫的去除效果仍然要好于He放電清洗。兩種放電清洗的效果差異也很顯著。GDC的清洗更為均勻，但是GDC不能在磁場(chǎng)環(huán)境下實(shí)施。ICRF則需要有磁場(chǎng)，這種清洗有利于下一次放電的快速進(jìn)行，而且ICRF放電清洗輔助涂層技術(shù)的效果要

5、比GDC好。
　　(3)硼化、硅化、鋰化涂層都能很大程度的改善雜質(zhì)水平，提高等離子體密度以及改善燃料再循環(huán)。由于鋰的優(yōu)良特性，ITER也對(duì)鋰化特別關(guān)注。鋰化同時(shí)還能對(duì)破裂放電下的器壁有一定的保護(hù)作用。
　　此外破裂放電也可以作為一種強(qiáng)烈的壁處理措施。壁處理技術(shù)能夠改善器壁條件，大大提高等離子體性能，有利于下一次等離子體放電的實(shí)現(xiàn)。而且對(duì)氫同位素的滯留問(wèn)題的處理，還有利于解決未來(lái)氘氚實(shí)驗(yàn)的氚滯留導(dǎo)致的裝置安全問(wèn)題。這些研究可以