射频驱动频率对托卡马克装置辉光放电清洗特性的影响

HL-2M装置初始放电阶段,分别采用2.1 MHz,13.56 MHz和40.68 MHz三种频率的射频电源开展了射频-直流辉光放电清洗实验,研究射频驱动频率对放电清洗特性的影响。预加载功率1500 W时,2.1 MHz放电的击穿气压为2.0×10^-1 Pa,13.56 MHz放电为5.6×10^-1 Pa;而40.68 MHz叠加直流偏压后在9.2×10^-1 Pa实现击穿。对三种频率辉光放电清洗实验过程中的残余气体成分进行监测,结果表明杂质产额由高到低为：2.1 MHz>40.68 MHz>13.56 MHz。由于低频放电具有较多的加热电子数,所以2.1 MHz放电的杂质产额最高。而虽然40.68 MHz放电的功率耦合效率最低,但由于具有高的等离子体密度,其杂质产额高于13.56 MHz。可见2.1 MHz的射频-直流辉光放电在HL-2M装置初始放电阶段具有最优的清洗特性。然而由于不同频率的功率耦合效率不同,同样会对清洗效率产生影响,因此下一步首先应解决阻抗匹配问题以提高耦合功率。     

HL-2A装置直流辉光自动调节控制系统

直流辉光放电清洗的主要作用是去除HL-2A装置内的低Z杂质C、O,以及放电期间所产生的残余气体和杂质。介绍了直流辉光放电自动调节控制系统。在辉光放电过程中,实现了真空室工作气体气压和放电电压的自动调节和信号采集。本文描述了系统的设计原理,控制方案和系统实现后的具体应用效果。直流辉光放电系统的性能得到了提高,放电电流稳定性得到了显著提高,放电电压的控制精度改善为1%FS,系统从启动到稳定运行状态的时间小于40 s,HL-2A装置的清洗效率也明显获得改善。     

HL—1M装置的氦辉光放电清洗的清除率研究

通过对ＨＬ－１Ｍ的氦直流辉光放电清洗（ＨｅＧＤＣ）的放电特点和清除效率的研究，发现环形真空室的对称性导致与阳极截面相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，严重影响辉光清除效率。提出采用多电极不对称阳极电位的辉光放电来提高清除效率。     

HL-2A装置直流辉光自动调节控制系统北大核心CSCD

直流辉光放电清洗的主要作用是去除HL-2A装置内的低Z杂质C、O,以及放电期间所产生的残余气体和杂质。介绍了直流辉光放电自动调节控制系统。在辉光放电过程中,实现了真空室工作气体气压和放电电压的自动调节和信号采集。本文描述了系统的设计原理,控制方案和系统实现后的具体应用效果。直流辉光放电系统的性能得到了提高,放电电流稳定性得到了显著提高,放电电压的控制精度改善为1%FS,系统从启动到稳定运行状态的时间小于40 s,HL-2A装置的清洗效率也明显获得改善。     

HL—1M的氦辉光放电清洗的清除率研究

通过对ＨＬ－１Ｍ的氦直流辉光放电清洗（ＨｅＧＤＣ）的放电特点和清除效率的研究，发现环形真空室的对称性导致与阳极截面相对称的截面的电场为零的中性截面，该截面及附近的场强很弱，使其阴极位降区的厚度远大于氦离子的平均自由程，严重影响辉光清除效率，提出２多电极不对称阳极电位一的辉光放电来提高清除效率；同时发现辉光清洗使氢分压比托卡马克放电的送氢量低一个量级以上，才能重复奶好的有辅助加料的托卡马克放电。     

辉光放电清洗效果的质谱分析

在辉光放电清洗的实验研究中, 应用质谱技术进行了出气分析,应用其结果对射频辉光放电清洗的效果进行评估.实验结果表明,质谱技术能准确地分析表面吸附气体的分压强,氦离子的轰击可去除以及置换出样品中的气体,氮气、氧气和油蒸气在辉光放电清洗后的出气量下降,有利于超高真空的获得和维持.     

大气压射频均匀辉光放电的条件

大气压放电应用在很多领域时,其放电的均匀性显得十分重要。本文通过实验得出影响大气压射频放电的均匀性的条件。实验中研究的影响因素有介质阻挡、放电电压、放电气体组成以及放电间隙。实验采用单反照相机以及ICCD照相机对放电进行拍照,观察不同参数放电下的放电模式。通过放电现象发现对维持大面积均匀辉光放电影响最大的因素是采用介质阻挡和放电气体的组成,影响较小的是放电电压。放电间隙在可维持放电的间隙范围内对放电模式影响很小。实验得出,改变这些条件会使均匀辉光放电中出现放电丝,或完全转变为丝状放电甚至熄灭。     

射频辉光放电中的自生负偏压

本文讨论了射频自偏压产生的机理，并认为以射频自偏压作为射频光放电系统的最重要的工艺参数是有道理的。     

EAST辉光放电清洗电极的升级及实验研究

本文介绍了EAST装置辉光放电清洗电极的升级及实验研究。在常规的杆式辉光电极基础上,升级为具备主动水冷散热的板式电极,通过数值模拟和实验研究,证实新电极能满足辉光电流从3 A提升至6 A的散热需求,可长时间稳定运行。新电极在1000 V电压下的击穿气压略低于常规电极,提高He辉光运行电流,从而显著提升对氘(D)的清除率。使用常规的12 A(3 A×4个电极)辉光电流下对D的清除率为1.04×10²³atoms/h,电流提升一倍至24 A可将清除率提升至2.4倍(2.46×10²³atoms/h)。本文研究结果显示新升级的辉光电极能够稳定运行在6 A电流下,极大地提高了对D的清除率,为未来EAST托卡马克的实验运行提供了高效率的壁处理手段。     

光学太阳反射镜基底的辉光放电清洗

辉光放电清洗技术是一种用来改善膜层附着力的物理清洗方法。它是将基片浸没在含有化学活性气体辉光放电的等离子体中,使基片表面受到电子、离子和光子以及活性粒子的轰击、活化,从而达到清洗的目的。对于光学镀膜来说,目前大部分真空镀膜设备上的放电电极的安排是很不合理的。为此,重新设计并改进了辉光放电装置,通过放电清洗参数对清洗效果的实验研究,获得了最佳清洗工艺。经此工艺处理过的基片制备的光学太阳反射镜用胶带纸剥离法来检验膜层的附着力,结果表明,这种方法大大提高了膜层的附着力,其性能已完全能满足光学太阳反射镜在空间的使用要求。采用辉光放电清洗基片的光学太阳反射镜,其光学性能会受到少许影响。实验表明,它可使光学太阳反射镜的太阳吸收率增大0.002(石英玻璃型)和0.004(掺铈玻璃型)。为此,我们对因光学太阳反射镜光学性能改变而引起的卫星热控温升作了估算,对于石英玻璃型和掺铈玻璃型光学太阳反射镜这一温升仅分别为1.0℃～1.5℃和1.7℃～2.7℃。     

铬及铍表面辉光放电清洗的研究

本文对He辉光放电清洗后的铬（Cr）表面杂质去除情况和铍（Be）样品真空出气量变化进行了实验研究。使用场发射扫描电镜和表面质量测量仪对比观察了不同放电参数处理后的Cr样品表面，结果显示在放电功率为200～300W、放电室压强为1～10Pa、清洗时间为10-20min时可较好地清除表面杂质和降低表面粗糙度；对辉光放电处理前后Be样品出气情况的实验对比结果显示，清洗后1h内总出气量约降为清洗前的1／6。     

CFETR辉光放电清洗的均匀性研究

为研究壁表面离子流分布均匀性,设计高效率中国聚变工程实验堆辉光放电清洗(GDC)装置,采用流体模型对氦气辉光放电清洗进行等效二维模拟。阳极区域存在较强的局部电离,使得靠近阳极的第一壁受到更强烈的离子轰击;增加阳极电流该区域离子流密度显著增加,而放电清洗的均匀性并无提高;适当降低放电气压放电不均匀性得到较大改善;内壁电流密度略大于外壁电流密度,而电极径向位置对内外壁电流密度分布影响甚微。分析了阳极电流与电极数目的合理取值,给出了合适的放电气压范围。     

辉光放电质谱新技术在分析化学上的应用

本文描述了高分辨率辉光放电质谱(GDMS)的固体元素分析,综述了GDMS的原理,定量方法,分析性能和仪器结构及其在高纯金属和半导体材料中的应用。还讨论了此技术用于痕量分析方面的优点。     

大气压氦气射频介质阻挡辉光放电的均匀性研究

为了研究大气压射频介质阻挡辉光放电的时空特性,采用一个表面覆盖有石英介质的铜电极和一个自制水电极的放电系统,在氦气中获得了大面积和较大电极间距下的辉光放电。对ICCD高速相机拍摄的径向放电图像和轴向放电图像分析揭示了射频介质阻挡辉光放电不仅具有较好的径向均匀性,而且具有很好的轴向均匀性,并不存在沿径向的发展。这是不同于中频介质阻挡辉光放电的一个显著特征。此外,注意到射频介质阻挡辉光放电在径向和轴向上的发展均与射频周期有很强的关联性。分析认为这是由于空间电荷在射频介质阻挡辉光放电的形成和发展中发挥主导作用。因此,可以认为射频介质阻挡辉光放电所具备非常好的径向和轴向均匀性,与中频介质阻挡辉光放电相比,可能会更有利于工业生产中进行均匀薄膜沉积和对薄膜表面改性处理等。     

HL-2A装置器壁处理质谱分析

为了对HL-2A装置升级改造后的器壁处理效果展开分析,使用四极质谱计对HL-2A装置壁处理过程中或壁处理前后的残余气体进行了质谱测量。利用粒子平衡方程和质谱图变化分析了直流辉光放电清洗过程中的气体成分变化。研究了HL-2A装置壁处理的性能并优化了He+D₂-GDC的氦氘比例参数。结果表明：HL-2A装置真空室烘烤除气后,残余气体中H₂O所占百分比由烘烤前的92%降至56%,真空室真空度达到2.2×10^-5Pa;在不同阶段利用H₂-GDC、He-GDC、He+D₂-GDC进行壁处理消除了真空室内部件升级改造对壁处理造成的不利影响,保障了HL-2A装置等离子体放电实验的开展。     

射频辉光放电等离子体化学气相沉积类金刚石膜的性能研究

用自行设计的RF PCVD(射频辉光放电等离子体化学气相沉积 )设备沉积类金刚石膜 ,并对膜的力学、光学、化学性能进行了分析。表明用该设备制备的类金刚石膜具有显微硬度高、磨擦系数小、膜基结合力高、对红外有良好的增透性 ,并且耐磨耐蚀、化学稳定性好。     

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.     

利用直流辉光放电等离子体改善聚氯乙烯细管内表面亲水性的研究

采用低气压氩气直流辉光放电等离子体对PVC细管内表面进行了处理,使其内表面亲水性得到显著改善,且处理效果均匀.处理时间越长PVC细管内表而的水接触角越小.经过处理后的PVC细管放置室内大气环境后内表面的水接触角出现退化,72小时以后基本稳定,稳定后的内表面水接触角显著好于未经处理的PVC细管.     

中国环流三号（HL-3）壁处理系统研制

托卡马克装置壁处理系统对获得高真空、洁净的器壁条件至关重要。介绍了中国环流三号(HL-3)装置真空系统中的壁处理各子系统设计及研制概况。分析了壁处理系统调试运行过程和特点,设计了烘烤系统和直流辉光清洗系统的运行方案。分别对烘烤系统、直流辉光清洗系统以及射频辅助直流辉光放电系统的首次运行结果进行了讨论。通过应用壁处理系统,配合真空抽气系统,HL-3装置真空系统运行达到预期目标,初始放电前装置最小压力达到2.4×10^-6 Pa。