托卡马克诊断第一镜反射率变化机理研究

2011 12 07 R YAN 1 托卡马克第一镜反射率变化机理研究 报告人 鄢容导师 陈俊凌研究员时间 2011 12 06 2011 12 07 R YAN 2 主要内容 研究背景研究内容研究方法已完成工作未来工作计划 2011 12 07 R YAN 3 研究背景 当代托卡马克中 光学诊断系统通过光学窗和光学纤维观测等离子体 硅基窗口对辐射诱导吸收很敏感 在ITER高参数运行下 在波长小于800nm时 其透射率大大减少 耐辐照的材料 比如蓝宝石 在高 辐照后 易受辐射诱导冷光的影响 为减少这些问题及其对诊断信号的影响 引入反射镜 从等离子体中发射出来的光通过反射镜光学线路传送 第一镜的引入 ITER中所有的光学诊断系统需要反射镜 第一镜问题是直接关系到各种常规光学诊断技术能否在ITER及其以后装置上使用的决定性问题 国际托卡马克物理诊断组 ITPA TG 已将第一镜问题列入到5个最优先研究课题之中 并成立了第一镜特别研究小组SWG 第一镜研究的重要性 2011 12 07 R YAN 4 研究背景 沉积第一壁材料溅射杂质壁处理气体主等离子体中逃逸的电荷交换中性粒子刻蚀电荷交换中性粒子能量粒子 体效应 表面效应 UV X射线辐照中子辐照 2011 12 07 R YAN 5 光学反射率高化学稳定性好高中子流下的稳定性热传导性好 有效冷却 溅射率低 研究背景 第一镜材料要求 准第一镜材料 铜 不锈钢 钨 钼 铑 ITER中的辐照环境 快中子流 3 1013 辐照流 10Gy s 1UV和x射线辐照 500KW m 2 符合要求第一镜材料 2011 12 07 R YAN 6 研究背景 HL 2A装置第一镜激光清洗结果 1500nm 2500nm波长范围内 反射率恢复到90 紫外和可见光范围内清洗结果并不理想 主要因为辐照损伤和清洗材料的再沉积 EAST装置中辐照后的W第一镜 2011 12 07 R YAN 7 研究内容 不同等离子体辐照环境下第一镜反射率变化机理研究材料选择保护系统不同壁条件 不同壁材料 壁处理 调Q YAG激光清洗第一镜洁净金属第一镜的清洗辐照后第一镜的清洗 2011 12 07 R YAN 8 研究方法 第一镜样品 2011 12 07 R YAN 9 已完成工作 等离子体辐照后不同材料第一镜反射率变化机理研究保护系统对第一镜反射率的改善研究石墨壁等离子体辐照后第一镜反射率变化机理研究 等离子体辐照后不同材料第一镜反射率变化机理研究 2011 12 07 R YAN 10 总放电炮数 3706壁处理 硅化和硼化 实验参数 实验目的 几种准第一镜材料在HT 7长脉冲等离子体辐照下反射率变化情况研究HT 7装置中不同辐照位置对第一镜反射率的影响 在沉积作用较小的情况下 Mo材料制备的第一镜反射率维持较好 等离子体辐照后不同材料第一镜反射率变化机理研究 2011 12 07 R YAN 11 实验参数 总放电炮数 10559总放电时间 37100S电子温度 200 1000eV壁处理 硅化 硼化 锂化放电主要气体 D2 He 样品反射率均下降 W Mo SS三种准材料在EAST高参数运行下 表面沉积作用较强 反射率下降趋势相同 2011 12 07 R YAN 12 保护系统对第一镜反射率的改善研究 壁处理 锂化 硼化全金属壁Li coating和B coatingHeD2GDC低Q运行2 5 Ip 200 220KA It 3800 4200A ne 1 2neg ne 1 2 3 5 低环电压Vloop 6 5V等离子体运行30天总放电次数3497次 2011 12 07 R YAN 13 保护系统对第一镜反射率的改善研究 安装在设有保护的样品架上的第一镜样品反射率部分得以维持 但是由于表面沉积层不均匀 样品反射率变化不同 为使表面反射率维持得更好 必须优化保护系统 结果与分析 为下一轮实验设计的管道系统 2011 12 07 R YAN 14 不同管道长度 5mm 10mm 20mm 40mm 的样品架 第一镜安装在管道末端 保护系统对第一镜反射率的改善研究 2011 12 07 R YAN 15 石墨壁等离子体辐照后第一镜反射率变化机理研究 装置中各个窗口安装的每个系统对第一镜反射率变化的影响很大 抽气窗口中的大量中性原子 限制器表面与等离子体相互作用产生的大量杂质及硼化壁处理引进的硼蒸气使第一镜表面环境更恶劣 更易遭受沉积 辐照后反射率恶化更严重 结果与分析 2011 12 07 R YAN 16