【摘要】：聚變能是一種取之不盡的清潔能源,磁約束核聚變是其主要的研究形式,而托克馬克是當(dāng)前最有前景的實(shí)現(xiàn)方式。在托卡馬克放電真空室運(yùn)行的過(guò)程中,來(lái)自于第一壁的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致能量輻射并降低等離子體品質(zhì),過(guò)高的雜質(zhì)濃度還會(huì)引起等離子體啟動(dòng)困難、等離子體破裂等嚴(yán)重問(wèn)題,營(yíng)造超高真空環(huán)境可以降低雜質(zhì)對(duì)等離子體的影響。同時(shí)由于托卡馬克運(yùn)行要求,需要將大量未反應(yīng)的具有放射性的燃料抽離真空室,考慮到經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境影響,必須將排灰氣中的燃料氣體分離、提純、回收并且再次利用。本論文針對(duì)以上關(guān)鍵問(wèn)題,在EAST超導(dǎo)托卡馬克裝置上深入開(kāi)展了清除雜質(zhì)、提高極限真空、分析排灰氣成分的實(shí)驗(yàn)研究。本論文深入分析了 2015年下半年EAST物理實(shí)驗(yàn)前的真空處理過(guò)程。在完成裝置真空預(yù)處理之后,對(duì)真空室進(jìn)行了 745小時(shí)約200度烘烤,同時(shí)交替進(jìn)行了 158.5小時(shí)的He輝光和52.5小時(shí)D2輝光壁處理,真空室的極限真空由壁處理前的1.1×10-4Pa提高到1.8×10-6Pa。在此期間共清除水131.6g、H231.4g,其中單獨(dú)烘烤期間對(duì)水的清除量達(dá)到86.62 g,占到總清除水量的65.82%,輝光期間清除的氫氣達(dá)到30.2 g,占到總清除氫的96.18%。研究還發(fā)現(xiàn)烘烤對(duì)H的清除效率為(7.2～94.0)×1014atom/m2.s,He輝光為(1.8～5.2)×1017atom/m2.s,D2輝光為(4.1～13.0)×1017 atom/m2.s。對(duì)壁處理的探索與總結(jié)有利于提高壁處理效率,縮短實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間,并為未來(lái)超導(dǎo)托卡馬克裝置的超高真空的運(yùn)行提供參考。鋰化是EAST常規(guī)的壁處理方法,但在鋰化壁條件下內(nèi)真空室的水泄漏會(huì)引起鋰涂層脫落和雜質(zhì)爆發(fā)等嚴(yán)重問(wèn)題。EAST 2016年冬季實(shí)驗(yàn)期間,真空室鋰化壁條件下發(fā)生了一次水泄漏,通過(guò)真空快速監(jiān)測(cè)及檢漏,及時(shí)將泄漏的水路排水并抽真空,在水泄漏發(fā)生后5小時(shí)內(nèi)完成故障處理。通過(guò)對(duì)后續(xù)的等離子體放電運(yùn)行及壁處理等數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),鋰化壁條件下水泄漏后產(chǎn)生的主要雜質(zhì)成分是氫和氧,進(jìn)而導(dǎo)致等離子體輻射升高、密度難以維持等嚴(yán)重問(wèn)題。7.5小時(shí)的He-ICRF放電清洗(20kW,0.05Pa)和1.5小時(shí)的鋰化涂層壁處理(～15g)能夠有效地恢復(fù)真空和壁條件(共清除了0.192gH2),壁處理之后真空室的雜質(zhì)成分基本恢復(fù)到水泄漏之前的水平,等離子體運(yùn)行也逐漸恢復(fù)正常。該研究結(jié)果為未來(lái)托克馬克類(lèi)似事件的處理提供了重要的參考。為了深入研究真空系統(tǒng)排出的燃料氣體成分,用于燃料氣體的回收利用,本論文介紹了一套可用于定量分析EAST托卡馬克排灰氣所需要的排灰氣成分分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和搭建,該系統(tǒng)具備流導(dǎo)連續(xù)可調(diào)、能夠在(105-10-3 Pa)范圍內(nèi)正常工作。利用該系統(tǒng)研究了 EAST排灰氣的氣體成分,結(jié)果顯示EAST正常等離子體的一天放電中,外置低溫泵所吸附的總氣體量約為1372.1Pa.m3,其中氫及其同位素占91.5%;實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)外置低溫泵回溫再生到69K時(shí),再生氣體中只有燃料氣體H+D釋放,而其他雜質(zhì)的解吸主要發(fā)生在150K之后。因此在此基礎(chǔ)上提出一個(gè)利用低溫冷凝的方法將排灰氣中燃料氣體提純并收集的初步方案。該研究結(jié)果對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)燃料氣體提純和回收提供了一種簡(jiǎn)單、可行的方法。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2794724