在聚變裝置運行過程中,等離子體與壁材料相互作用（Plasma-Wall Interaction,PWI）的過程會引起燃料滯留、雜質沉積、材料濺射等一系列相互作用過程。利用激光誘導擊穿光譜原位診斷托卡馬克第一壁材料的可行性已經(jīng)被驗證,包括沉積層的成分和含量、深度分度、燃料滯留等多個過程。鎢材料是重要的第一壁材料之一,研究等離子體與鎢材料的相互作用對理解等離子體與壁材料相互作用的物理機理有重要的參考作用。另外在固定窗口原位診斷第一壁材料的過程中,不可避免地會涉及由于激光燒蝕角度不同而引起誤差�？紤]到這幾個方面,本課題主要開展了以下幾個方面的研究:本文第二章介紹了LIP的產生機理,LIBS的工作原理,等離子體輻射光譜的基本過程以及電子密度和電子溫度的求解手段。介紹了搭建的實驗室LIBS平臺,設置了各實驗裝置之間的時序延遲,測試了在不同延遲下達到樣品表面的激光能量。為后續(xù)實驗研究做好理論和實驗準備。本文第三章通過研究不同時間延遲下,鎢等離子體的主要存在形式和具有代表性的鎢等離子體譜線,確定了典型的鎢原子和鎢離子譜線。研究其在相同實驗條件下譜線強度隨時間演化規(guī)律,以及信背比隨時間的演化規(guī)律,計算... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

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971-2009年間各國通過核電而避免的死亡人數(shù)[4]

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-3-制約等等優(yōu)點被認為是解決能源問題的極具潛力的方案。目前，可能實現(xiàn)的核反應有以下幾種：DDT(1.0MeV)p(3.0MeV)（1-1）32DDHe(0.8MeV)n(2.4MeV)（1-2）42DTHe(3.5MeV)n(14.1MeV)（1-3）3422DHeHe(3.7MeV)p(14.7MeV)（1-4）上述幾種聚變反應的反應截面如圖1-2所示：圖1-2幾種聚變反應的反應截面[11]其中最容易實現(xiàn)的聚變反應是D-T聚變反應。相對于其他能源而言，氘的儲量非常豐富，每升海水中能夠提煉出0.03g氘，所能產生的聚變能量相當于300升汽油。氚在自然界中雖然僅存在少量且具有放射性，但可通過鋰制成，如公式（1-5）和（1-6）所示，且地殼中有大量的鋰存在。除此之外，作為反應物的氘和鋰都沒有放射性。一旦“點火”成功，D-T聚變反應產生的額凈能量大約是核裂變的4倍。6432LinTHe4.8MeV（1-5）7432Lin(2.5MeV)THen（1-6）但實現(xiàn)核聚變并非易事，除了提供足夠高的溫度以使顆粒能夠克服庫侖勢壘之外，該溫度還必須保持足夠的約束時間和足夠的粒子數(shù)密度。1957年，勞森證明了離子密度和約束時間的乘積決定了有效聚變的最低條件，即勞森判據(jù)：213Tn10keVs/m（1-7）正因聚變反應的條件如此苛刻，在聚變過程中，系統(tǒng)的任何故障都直接導致

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文-7-圖1-4LIDS、LIAS、LIBS的基本原理圖[50]激光誘導擊穿光譜（LIBS）是一種利用激光照射燒蝕待測樣品，在樣品表面產生等離子體的原子發(fā)射光譜技術，通過分析等離子體發(fā)射光譜來實現(xiàn)對樣品中的全元素識別和定量，已被認為是未來原子光譜分析法的“超級明星”。其原理圖如圖1-5所示。因其具有多元素同時快速分析、無需制備樣品、未破壞分析、原位和在線分析等諸多優(yōu)點，在煤質檢測[51]、食品分析[52]、爆炸性殘留物和其他有害物質的檢測[53]、合金制造[54]、生物肥料[55]的檢測等眾多領域得到廣泛認可。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀2001年，俄羅斯的Razdobarin等人首先提出了一種基于LIBS的新技術用于探測面向等離子體材料和下一代聚變裝置（如ITER）中等離子體組件凹槽內的成分。通過簡單的原理驗證實驗，證實了該方法的適用性，為核聚變裝置中測量粉塵積累提供了一種有效的非侵入式原位表面分析方法。并指出了該方法的一些固有優(yōu)點和難點[56]。2007年，法國的Grisolia等人率先將在研究加熱激光脈沖后的表面溫度相應的基礎上進行LIBS實驗研究，結果表明這兩種方法結合使用，既可以測定共沉積層中氘濃度，又可以測定塊狀材料上共沉積碳的總量，并提出了一些將激光系統(tǒng)應用于托卡馬克尚待解決的問題[57]。2011年，Gasiora等人通過實驗證明了LIBS技術對于混合沉積層中存在的少量燃料也能得到結果，但應該重點研究校

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Preliminary results of in situ laser-induced breakdown spectroscopy for the first wall diagnostics on EAST[J]. 胡振華,李聰,肖青梅,劉平,丁芳,毛紅敏,吳婧,趙棟燁,丁洪斌,羅廣南,EAST team.  Plasma Science and Technology. 2017(02)

博士論文
[1]EAST壁材料納秒激光誘導擊穿光譜診斷技術研究[D]. 劉平.大連理工大學 2018
[2]聚變裝置面對等離子體材料激光誘導擊穿光譜原位診斷技術研究[D]. 李聰.大連理工大學 2015
[3]托卡馬克類ITER第一壁材料激光燒蝕光譜和質譜研究[D]. 肖青梅.大連理工大學 2014



本文編號：3275075