不同冷却剂对感性耦合等离子体性能的影响

感性耦合等离子体（ICP）源作为聚变中性束注入（NBI）加热系统的关键部件，其工作过程中会产生大量的热量，不仅会影响装置真空，还会导致等离子体阻抗发生变化，进而对射频功率馈入产生一定的影响，因此有必要对放电腔体进行冷却。设计了双层玻璃筒放电腔体以实现对放电腔体的主动冷却，并定量研究了不同冷却剂（去离子水、纯净水、氟化液等）情况下对ICP放电的影响。实验结果表明，在双层玻璃筒中间层主动通入冷却剂能够有效避免等离子体热负荷对放电腔体真空度的影响。采用氟化液作为冷却剂时，等离子体阻抗值最低，对等离子体电子密度提升最大，较采用去离子水和纯净水最大高出约15.3%和18%。通过比较冷却剂的体积电阻率和相对介电常数发现，冷却剂的相对介电常数与等离子体电子密度和等效阻抗的变化呈现出负相关性，即在放电腔体温度不变情况下，相对介电常数越低等效阻抗也越低，等离子体密度也越高。实验结果对于感性耦合等离子体放电腔体的设计及冷却剂的选择具有指导意义。