EAST托卡马克中性气压原位测量实验研究北大核心CSCD

偏滤器区域的中性粒子密度及其分布,对研究等离子体与壁相互作用的物理过程具有重要意义。偏滤器区域的强磁场及强电磁干扰导致常规规管难以稳定工作,无法实现对中性粒子密度的原位测量。在EAST托卡马克装置搭建了一套热阴极电离规(快规)诊断系统,并开展了中性气压原位测量研究。利用相敏检测技术,实现强磁场及强电磁场干扰中10 nA-10μA微弱信号的准确测量。在0.35 T磁场条件下完成了1×10^(-3)-1 Pa范围的气压标定,快规输出结果与气压呈现良好的线性关系。实验结果显示相同气压条件下,离子流与灯丝发射电流呈线性关系,强磁场(0.35 T以上)能够显著提高快规灵敏度。在0-1.4 T的实验条件下,快规诊断系统-均能正常工作。快规量程范围覆盖偏滤器区域中性气压变化,满足偏滤器区域中性气压原位测量需求,为EAST及未来聚变堆偏滤器物理研究提供了有力的工具。     

HL-2A装置偏滤器靶板上等离子体参数诊断实验进展

HL-2A装置偏滤器靶板上的平面型朗缪尔探针阵列是用于测量同一极向截面的内外和上下四个中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位、空间电位、电场和流速分布，研究偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性。     

HL-2A装置偏滤器靶板上探针阵列和主真空室活动探针的设计加工和诊断

HL-2A装置偏滤器靶板上的平面型朗缪尔探针阵列是用于测量同一极向截面的内外舜口上下四个个性化板上的电子温度、密度、悬浮电位、空间电位、电场舜口流速分布，研究偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性。主真空室上磁力传动的马赫／雷诺协强／朗缪尔探针阵列，直接测量边缘等离子体温度，密度，空间电位，电场，环向舜口极向流速，研究边缘参数的涨落舜口相关特性。     

托卡马克中的超高真空技术

超高真空技术对于现代托卡马克、先进高密度偏滤器和下一代托卡马克工程堆的设计、运行、升级和氚演－氚演证实验都起着举足轻重的作用,同时聚变研究的许多新概念也驱使超高真空技术革新。三十五年来,等离子体「密度、杂质和壁条件的５控制紧密地与抽空检漏、烘烤去气、放电清洗、壁处理氢（氘氚）的捕获释放和再循环、壁腐蚀宙积等模式联系在一起;高性能的真空室、耐规律性振动的超高真空密封、先进的等离子体面向组件、有效的壁     

EAST装置中新型吸附剂泵（NEG）抽速标定研究

粒子排出是控制燃料粒子再循环、提升等离子体性能的关键因素之一。因此研究了新型吸附剂泵（NEG）在粒子排出技术中的潜在应用。NEG泵基于ZAO新型合金材料制成,对氢及其同位素抽速大、容量高,安装、运行、维护简单,兼容等离子体环境,适用于偏滤器区域的超高热流和复杂的空间结构。在EAST托卡马克装置安装4套HV800模组,开展了定期的抽速标定、再生研究以评估其周期性能变化。EAST真空室壁表面积较大,金属壁放气、杂质气体影响NEG泵抽速计算。通过计算EAST整体漏放率与氢及其同位素放气率,利用计算机模拟抽气过程,提出了一种用于修正NEG泵抽速的方法。研究结果表明在偏滤器区域工作压力下,对氘平均抽速可达1 200 L/s。     

模拟偏滤器材料热疲劳性能研究

偏滤器靶板的寿命主要受探于靶板材料的热疲劳性能。用热等静压焊接方法制作了钨为表面的模拟偏滤器材料小试样，在直空室中用大功率电子束作为热源进行热疲劳试验，电子束的功率密度选为509MW／m^2，循环周期为40s，在充分冷却的情况下，经过1000次的循环加热后，没有发现靶板材料出现破坏现象，经过扫描电子显微镜分析，也没有发现焊缝处出现裂纹。     

两种正离子对磁化等离子体鞘层中尘埃颗粒的影响

建立了包含两种不同种类正离子的磁化等离子体鞘层的流体模型,通过四阶龙格库塔法数值模拟了含有两种不同种类正离子对等离子体鞘层中尘埃粒子的影响.结果表明对于含有He+和Ar+的稳态等离子体来说,随着离子温度的升高和Ar+密度的增加,尘埃粒子充电所带电量越多;尘埃密度越高,其带电量越低.此外,对于带有一定负电的尘埃粒子来说,离子的温度、鞘边Ar+的含量以及鞘层中离子与中性粒子的碰撞对鞘层中尘埃粒子的密度和速度都产生一定的影响.     

溅射沉积氢化非晶硅中辉光放电等离子体的Langmuir探针诊断

为揭示磁控溅射辉光放电等离子体参量对Si薄膜沉积过程的本质影响,采用Langmuir探针于不同的靶电流、靶基距和氢分压条件下对直流辉光放电等离子体进行了诊断,分析了直流辉光放电等离子体参量(离子密度、离子流通量、等离子体电势、电子密度、电子温度)的变化规律,并以此为依据探讨了其对Si靶溅射过程和溅射Si粒子输运过程的影...     

等离子体浸没离子注入的二维元胞粒子法计算机模拟与剂量分布研究

采用二维元胞粒子模型（PIC），模拟了一个完整脉冲时段内，等离子体浸没离子注入平板靶的过程。重点研究了等离子体鞘层的时空演化规律，以及入射离子流密度、入射离子角度与能量的分布，由此得到了注入离子剂量在靶表面的分布。模型结果表明：等离子体鞘层的扩展先快后慢，且形状由椭圆柱形向圆柱形演化，对靶的保形性逐渐变差；注入离子剂量在靶表面的分布不均匀，在边角附近出现峰值；同时，在得到的入射离子信息基础上，对注入离子在改性层中的浓度深度分布研究表明，在靶的不同位置注入的离子在改性层中的浓度深度分布有显著差别，在靶边角处，注入离子的保留剂量很低，投影射程浅，浓度深度分布展宽较窄。     

快速环形放电装置中等离子体对器壁的作用

等离子体与器壁相互作用,严重地影响了托卡马克装置等离子体指标的提高。为此,在许多托卡马克装置和其他类型的聚变研究装置上用各种测量工具来观察研究等离子体与器壁间的相互作用。本文叙述在一个硬质玻璃器壁的快速环形放电装置上用质谱分析研究在高功率和低功率放电时等离子体对器壁的作用。     

基于等离子体在磁控溅射增强的模拟

磁控溅射为代表的真空法已经成为制备薄膜的主流方法,磁场分布、等离子体密度分布及其温度等因素会直接影响到薄膜的质量。因此,选择合适的模型研究磁控溅射过程中气体放电时等离子体粒子以及电子分布非常重要。本文根据气体放电的基本原理,对圆柱形溅射装置采用流体模型,以电子、离子、亚稳态离子和中性粒子为主要粒子的等离子体建立物理模型,采用有限差分方法对所建立的模型,利用计算机编程数值模拟了直流溅射系统内气体放电的过程得到等离子体粒子的分布以及电子温度分布特性的模拟结果。     

三阴极级联弧源下氦等离子体的特性研究

采用课题组自行研制的高密度低温三阴极等离子体源研究了氦等离子体的基本特性,拟为研究边缘氦等离子体与偏滤器材料的相互作用提供参数。研究结果表明:(1)氦等离子体电子温度、电子密度均随氦气流量、磁场、电流的增大呈线性增加趋势。其中,电子密度可达10~(19)m~(-3),电子温度小于1 eV。(2)氦等离子体的热负荷及离子通量随磁场、流量的增加而增加,且离子通量可达10~(22)/m~2s~1,热负荷可达19.68 kW/m~2;(3)氦原子光谱随放电电流、氦气流量的增大而增大;(4)距喷口29 cm处的整个截面通过的离子数可达10~(19)/s,约为输入粒子总数的1%左右。     

EAST装置等离子体放电排气及其成分分析

在磁约束聚变装置中,高温等离子体放电中粒子的实时排出不仅可以减少燃料粒子在第一壁的滞留,还可以排出一定的杂质,有利于下一次等离子体放电的实现。对于未来聚变装置,如ITER,还有利于减少氚滞留导致的装置安全问题。本文根据EAST全超导托卡马克装置不同等离子体放电参数和不同第一壁条件下的放电实验,主要研究了等离子体破裂和锂化壁处理对粒子排出的影响。初步研究表明,等离子体破裂导致更多的粒子排出,并且排出气体中杂质含量降低;而锂化壁处理可以减少粒子排出,但杂质含量增高。这些研究可以为未来高参数等离子体运行找到一种实时降低壁杂质及减少壁滞留的方法提供参考,也对研究等离子体参数对等离子体排灰气成分分析有着参考价值。     

新型吸气剂泵真空测试系统的搭建与实验研究

烧结型非蒸散吸气剂泵HV800(意大利SAES公司生产)具有抽速大、抽气容量高、安装维护简单等优点,可能适用于EAST托卡马克偏滤器抽气,提高该区域粒子排出能力。本文搭建了一套极限真空5. 1×10-7Pa、具备抽速定量标定的真空测试系统,对HV800开展了对氘气抽速的标定实验。研究结果表明在偏滤器工作气压下,平均抽速可达240 L/s。经评估HV800应用于EAST的初步方案,偏滤器区域会增加5×104L/s抽速,并可连续运行20 h以上,是有效提高EAST偏滤器粒子排出能力的可行选择。     

EAST装置等离子体放电真空室抽气系统抽速标定及应用

真空系统是聚变装置的重要组成部分,EAST真空系统包括等离子体放电真空室和低温超导真空室。等离子体放电真空室又称内真空室。内真空室抽气系统直接影响装置的粒子排出,关系到高参数等离子体放电获得。EAST装置升级改造后的内真空室抽气系统主要包括主抽管道抽气子系统、偏滤器抽气子系统和低杂波加热系统抽气子系统,整个抽气系统使用了6台分子泵、14台外置低温泵和2套内置低温泵。采用粒子平衡的方法,对内真空室抽气系统各子系统进行了抽速标定。实验结果表明,最佳抽气性能区间在5×10^-4～5×10^-3 Pa,并且随着真空室压力增大或者减小,各子系统的抽气速率均下降。对比改进前后的内真空室抽气系统的总抽速,改进后的最大抽速可达170 m³/s,总体抽气速率提升20%左右。在百秒量级等离子放电参数下,利用标定的抽气速率数据初步评估了燃料粒子的滞留情况。本研究为等离子体放电的壁滞留与再循环控制以及其他相关物理实验开展提供了数据支持。     

新型吸气剂泵真空测试系统的搭建与实验研究北大核心CSCD

烧结型非蒸散吸气剂泵HV800(意大利SAES公司生产)具有抽速大、抽气容量高、安装维护简单等优点,可能适用于EAST托卡马克偏滤器抽气,提高该区域粒子排出能力。本文搭建了一套极限真空5. 1×10-7Pa、具备抽速定量标定的真空测试系统,对HV800开展了对氘气抽速的标定实验。研究结果表明在偏滤器工作气压下,平均抽速可达240 L/s。经评估HV800应用于EAST的初步方案,偏滤器区域会增加5×104L/s抽速,并可连续运行20 h以上,是有效提高EAST偏滤器粒子排出能力的可行选择。     

等离子体浸没离子注入(PIII)过程中初始离子阵鞘层尺度内各物理量的时空演化

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种较新的、廉价的、非视线的技术.靶体被浸没在等离子体中,等离子体中的离子在靶体负脉冲偏压的作用下注入靶体而实现材料的表面改性.为了描述等离子体浸没离子注入过程,我们引用了一维粒子模型(PIC)对其进行了数值模拟,该模型通过求解空间电势的Poisson方程,电子的Bolzmann分布以及离子在网格中受力运动的Newton运动方程来完成.本文重点研究了一个初始离子阵鞘层内电势、离子浓度、离子注入靶体的速度和动能以及离子流密度的时空演化规律.     

MPT-X装置电子迴旋共振放电清洗实验初步结果

聚变实验装置的真空室壁上吸附的杂质可以使用放电清洗的方法去除。在MPT—X托卡马克上,我们在纵场线圈中通电产生磁场,由窗口注入微波(2450MHz),电子迴旋频率与微波频率相同时,产生共振吸收,从而得到高密度,低温等离子体。等离子体和壁之间的相互作用,使碳、氧等杂质形成碳氢化合物,水或碳的氧化物而被解吸,被抽气泵抽除。研究了等离子体的密度,温度与微波功率、共振面位置、运行气压的关系;研究了聚变实验装置真空室器壁吸附的主要杂质CH_4、CO,特别是H_2O,在不同等离子体条件下的解吸关系;发现存在着最佳运行气压,这个运行气压与该等离子体温度有关;对于清除主要杂质H_2O的最佳等离子体温度相当5eV。利用一个简单模型,分析了等离子体密度和温度对杂质,特别是H_2O的解吸及去除的关系,并且解释了实验结果。     

荫罩式等离子体显示单元阳极条纹现象的研究

等离子体显示单元中的阳极条纹现象,即等离子体密度沿阳极分布不均匀的现象,对于提高等离子体显示屏的显示性能具有重要影响.在许多等离子体显示单元的实验和模拟过程中,都观察到了条纹现象,但对于条纹形成的机理还没有定论.本文采用基于粒子模拟的PIC-MCC(Particle in Cell Monte Carlo Collide)模型,对荫罩式等离子体显示单元中阳极条纹产生过程进行了模拟,并结合放电过程中粒子浓度、等位线分布以及壁电荷积累分布等的变化情况,详细研究了荫罩式等离子体显示单元中阳极条纹的形成机理,通过对阳极条纹现象及其机理的研究,可以更好地理解等离子体放电单元的放电特性和机理,为我们寻找提高放电效率的途径提供一定的理论指导和依据.     

直流辉光和磁控增强放电等离子体的空间分辨发射光谱技术

光学发射光谱(OES)方法是等离子体诊断的有力工具之一,可以定量地给出等离子体的多种重要参数,如等离子体中的物种成分、粒子能态分布、激发温度、粒子相对密度等.本文介绍了一种用于电子回旋共振(ECR)微波等离子体磁控溅射靶附近的增强放电和直流辉光放电等离子体空间分辨诊断的发射光谱装置.其特点是光学收集系统的位置可以水平精细移动,因而可以对放电区域进行空间分辨发射光谱测量.作者利用这套装置对氩气的ECR微波等离子体和直流辉光放电等离子体进行诊断.在ECR微波等离子体的下游区内氩离子谱线的发射强度很弱,主要是高激发态原子的辐射.在磁共振增强放电区,离子谱线强度有所增加但仍比原子谱线弱,类似于直流辉光放电正柱区的光发射特性.