不同状态下等离子体恢复放电 - east.ppt

不同状态下等离子体恢复放电 报告人 许文豫 指导老师 胡建生 一、介绍 装置对壁处理的要求 杂质清除（氧，碳，水，金属等） 目前的托卡马克需要通过器壁处理限制等离子体中的杂质，获得高品质的等离子体。杂质抑制是托卡马克运行的重要课题。 粒子再循环控制（氢同位素） 以碳材料为第一壁装置，碳的腐蚀及其再沉积导致的氢同位素的滞留将带来严重的粒子再循环，影响等离子体的密度控制，影响装置的经济有效的运行，并且在未来装置中氚的滞留也会带来严重的问题。 壁处理主要方法 清洗技术：烘烤、GDC放电清洗、RF放电清洗、泰勒放电清洗 杂质抑制技术：硼化、碳化等 HT-7装置等离子体恢复放电 装置初期恢复实验、硼化壁处理后 、在氧化壁处理后以及装置泄漏后都伴随着长时间破裂等离子体放电阶段； 在不同壁状态下，杂质和粒子再循环分别是导致破裂等离子体放电主要原因； 这些破裂等离子体破裂放电达到几十到几百次，累计占用时间为几个到十几小时，严重影响运行效率； 但这些破裂等离子体放电能够有效的清除器壁上所吸附的杂质或者氢，促进等离子体的恢复。 研究目的与内容 分析HT-7 装置在不同壁状态下等离子体恢复进程； 研究HT-7装置在不同条件下破裂放电形成原因； 研究杂质和氢再循环对等离子体破裂放电的影响； 探讨改善器壁状态的途径，抑制等离子体被动破裂，实现等离子体快速恢复； 促进HT-7和EAST超导托卡马克装置的经济有效运行。 二、研究结果 典型的等离子体恢复 不同状态下长时间破裂放电阶段 不同状态下破裂后的标准欧姆等离子体特点 硼化1(第一次) 硼化3(第三次) 硼化后大气泄露(第四次) 硼化4(第五次,9g) 硼化5(第七次硼化) 氧化后硼化(第六次,1g) 很明显，初期恢复放电、大剂量硼化以及装置泄露将导致大量的破裂放电； 硼化后破裂放电次数不仅跟硼化剂量相关，还与硼化过程及随后的清洗相关； 氧化实验后等离子体恢复明显快于装置泄漏、初期放电后的恢复； 氧化后无论仅仅采取清洗还是硼化都会有多次破裂放电的过程。 不同状态下破裂放电阶段 初期放电 典型硼化后 氧化壁处理后 仅清洗 清洗和硼化 硼化后装置泄漏后 装置恢复放电初期破裂放电 典型硼化后(3g)的破裂放电 常规硼化后，破裂放电此数比较少，0-29次； 硼化后，硼化对氧杂质的有效抑制，杂质水平比较低，但氢的分压很高； 在破裂放电中，杂质和氢都有很大释放，尤其是H2； 随着破裂放电的继续，杂质和氢都有不同程度下降。 硼化使的杂质的影响降到比较小的程度，而硼化导致氢的再循环比较严重。氢的再循环是导致破裂放电的主要原因。 可以通过硼化工艺的改进减少粒子再循环影响，快速恢复等离子体放电，如2007年春季实验最后一次硼化：控制硼化进程和加强硼化后清洗。 大剂量硼化后的破裂放电（差分质谱） 同常规硼化相比，此次硼化虽然也抑制了杂质水平，但氢的含量非常高，即使在差分系统中，H2分压达到2x10-5Pa，说明此次硼化导致更多的粒子再循环，进而导致更多次破裂放电； 虽然破裂放电中大量H被释放，但经过长时间破裂放电，H的本低仍然很高； 氢的再循环是影响硼化后等离子体恢复的主要因素，而且采用9g样品硼化效果上比3g更差，9g的硼化带来了更严重的再循环问题。 普通氧化试验后等离子体恢复 在氧化后即使进行了一定清洗，杂质的分压还是比较高，导致了67次破裂放电(累计恢复时间240min). 破裂放电促进杂质的清除，随着破裂放电的过程逐步下降到一个稳定水平，并恢复标准等离子体。 氢的分压比硼化后低很多，且随着破裂放电进一步下降。 此时，杂质是导致破裂放电的主要原因。 氧化后硼化的等离子体恢复 70分钟的O-ICR，之后又做了1g的硼化，等离子体经历了45炮，共180分钟的破裂放电过程； 等离子体恢复的时间比未做硼化的要短很多。 氧化加硼化后，不仅杂质比较高，并且H再循环也比较高，是氧化和硼化共同作用的结果。虽然硼化并没有完全将氧化所导入的杂质抑制住，但杂质不是导致破裂的主要原因，主要原因是H再循环。 硼化+大气泄露后的等离子体恢复（差分） 硼化+大气泄露之后，杂质水平很高，主要是水（硼膜中H与空气中O的结合），导致大量破裂放电。 虽然这些破裂放电能有效清除杂质，但需要比较长的时间来恢复等离子体放电。 这种泄漏是需要尽量避免的。 　不同破裂后的标准欧姆等离子体特点 等离子体：密度~1.5x1013/cm3，电流~130kA 比较参数：Vis、 OⅡ、Ha 硼化（一、二、9g、最后）、硼化后泄漏 初始放电、硼化后泄漏、氧化后硼化、最后硼化 总结 分析了HT-7装置不同阶段破裂放电原因、破裂放电对杂质和氢清除情况、等离子体恢复情况； 破裂放电进程同壁的状态有关。而壁的状态同所采用的壁处理方式和工艺相关。 根据不同壁状态，破裂放电可以