检索结果-南通市图书馆

作者：叶大为中国科学技术大学

学位级别：硕士

国际热核聚变实验堆(ITER)和中国聚变工程实验堆(CFETR)等未来核聚变实验装置的偏滤器将承受极高的热负荷。这些装置将采用钨(W)作为偏滤器面对等离子体材料,由于缺少固有杂质,需要在偏滤器区域注入氖(Ne)、氩(Ar)等中低Z惰性气体,利用... 详细信息

国际热核聚变实验堆(ITER)和中国聚变工程实验堆(CFETR)等未来核聚变实验装置的偏滤器将承受极高的热负荷。这些装置将采用钨(W)作为偏滤器面对等离子体材料,由于缺少固有杂质,需要在偏滤器区域注入氖(Ne)、氩(Ar)等中低Z惰性气体,利用这些杂质较强的辐射冷却效应来增强偏滤器等离子体的能量耗散,使到达偏滤器表面的热负荷降低到材料部件的损伤阈值以下,从而达到保护偏滤器材料部件的目的。钨材料的溅射不仅与入射粒子的能量有关,也受入射粒子种类的影响。辐射杂质相对于燃料粒子氘(D)和氚(T)具有更低的物理溅射阈值和更高的溅射产额,在通过辐射降低粒子能量的同时,也可能产生增强钨材料溅射的副作用,掌握偏滤器等离子体中的杂质粒子对靶板钨材料的溅射规律,理解影响这种溅射过程的主要因素,对于辐射偏滤器运行模式的优化,保护偏滤器材料具有重要意义。此外,偏滤器注入的外部辐射杂质和溅射产生的杂质也会通过扩散输运等过程迁移到上游主等离子体,引起芯部等离子体的能量辐射损失和等离子体行为的变化。对相关过程的研究和理解是有效降低芯部杂质浓度和改善等离子体约束的前提基础之一。论文基于全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)开展实验研究。在EAST偏滤器中注入Ne、Ar等杂质气体,利用偏滤器可见光谱系统监测W、Ne、Ar等杂质粒子的原子谱线和一价离子发射谱线,利用偏滤器靶板探针获得靶板表面电子温度(Te)、离子饱和流(Js),利用极紫外光谱诊断(EUV)探测芯部等离子体中的杂质谱线。采用逆光子系数方法(S/XB方法)计算得到偏滤器靶板表面溅射的钨原子通量及其有效溅射产额,研究了不同偏滤器杂质充气速率和杂质浓度下靶板W溅射的演化过程,获得完整的靶板W溅射率和溅射产额对杂质浓度和电子温度的依赖关系。发现,在较低Ne杂质浓度和较高Te下,靶板W溅射出现增强,当Ne杂质浓度进一步增加,使Te降低到25 eV以下后,W溅射出现下降。这表明,偏滤器靶板W溅射行为受到入射粒子能量降低减小钨溅射和杂质浓度增高增强W溅射两方面因素的共同影响,相互竞争。只有注入足够多的Ne杂质显著降低Te才能抑制靶板W溅射。此外,研究发现,偏滤器杂质进入主等离子体造成芯部辐射超过一定阈值后,ELM出现抑制,而边界的密度涨落信号同时显示台基区域湍流输运增强,表明偏滤器杂质对台基等离子体行为具有强烈影响。进一步研究了偏滤器杂质与芯部杂质辐射的关联性,发现芯部杂质谱线相对于偏滤器杂质谱线变化具有一定时间延迟,因此提出一种基于相关分析的芯部和边界杂质辐射之间时间延迟的计算方法,结合偏滤器辐射占比等参数,对比了不同的加热功率、ELM频率、杂质种类等条件下偏滤器杂质辐射与芯部杂质辐射的关联性。结果显示,较高的中性束(NBI)和低杂波(LHW)功率会增加延迟时间,这可能与较高加热功率下偏滤器等离子体具有较高的Te,因此更短的平均电离自由程有关。偏滤器注入Ne杂质后,ELM的频率降低,芯部与偏滤器之间杂质辐射的关联性增强,显示ELM的排杂作用。Ne相对于Ar具有更高的偏滤器辐射占比和更长的芯部-偏滤器辐射延迟时间,对芯部等离子体的影响更弱。

关键词： Ne/Ar杂质钨溅射延时时间 EAST辐射偏滤器

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托卡马克装置中减缓偏滤器靶板热流的Ne杂质注入研究进展

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材料热处理学报 2019年第11期40卷 58-68页

作者：贺涛杨钟时李克栋念飞飞濮阳寿安罗广南安徽建筑大学材料与化学工程学院安徽合肥230022 中国科学院等离子体物理研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

托卡马克装置中偏滤器的能量排除一直是磁约束核聚变中最迫切需要解决的关键问题之一,而辐射偏滤器运行模式可以有效降低托卡马克装置中偏滤器靶板的热流和粒子流。本文全面介绍了氖(Ne)作为注入杂质在ASDEX-Upgrade、JET、DⅢ-D、HL-2A... 详细信息

托卡马克装置中偏滤器的能量排除一直是磁约束核聚变中最迫切需要解决的关键问题之一,而辐射偏滤器运行模式可以有效降低托卡马克装置中偏滤器靶板的热流和粒子流。本文全面介绍了氖(Ne)作为注入杂质在ASDEX-Upgrade、JET、DⅢ-D、HL-2A、EAST等装置上取得的最新的重要结果,同时总结了Ne等杂质在碳、钨材料偏滤器下的不同表现。钨作为未来聚变装置偏滤器以及第一壁等的材料,有着很大优势,但杂质注入下存在钨杂质溅射及聚芯问题,所以还需进一步探索钨偏滤器与注入杂质的兼容性以满足ITER等装置的要求。

关键词：氖辐射偏滤器热负荷钨溅射

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