聚變能是解決未來能源問題的最有希望的途徑之一,而磁約束聚變是聚變能研究的重點(diǎn)之一。聚變研究五六十年來,人們發(fā)展了很多磁約束聚變裝置,其中托卡馬克被認(rèn)為是最有潛力的一種裝置,并在全世界范圍內(nèi)建立了大量的實(shí)驗(yàn)裝置。托卡馬克研究涉及的問題非常廣泛,這也就要求人們的通力合作,國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆ITER計(jì)劃的確立,是磁約束聚變研究里程碑式的成就。隨后,托卡馬克的研究多是以ITER為目標(biāo)來展開。ITER和其他DEMO堆一起,承載著未來幾十年的托卡馬克甚至可以說是磁約束聚變研究的重任。EAST是全世界第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置,2006年裝置建成并投入運(yùn)行以來,經(jīng)歷了多次改造升級(jí),也實(shí)現(xiàn)了很多等離子體參數(shù)的突破,是我國(guó)聚變能研究的標(biāo)志之一。EAST真空室表面積約為60m2,等離子體體積約為48m3,面向等離子體材料第一壁為鉬瓦,上偏濾器為鎢銅材料,下偏濾器為石墨材料。EAST上采取的壁處理技術(shù)有多種,主要為烘烤、直流輝光放電清洗、離子回旋放電清洗和硅化、鋰化涂層等。本文主要以EAST為載體分析了這些壁處理技術(shù)對(duì)器壁條件以及等離子體性能的影響。得到的主要結(jié)論有：(1)烘烤效果受烘烤溫度和烘烤時(shí)間影響最大,烘烤是通過高溫使吸附在壁上的雜質(zhì)解吸,主要對(duì)低能鍵吸附的雜質(zhì)和高Z的有機(jī)雜質(zhì)的清除效果比較好,長(zhǎng)時(shí)間烘烤后的真空室真空條件有所改善,但仍不能滿足高性能的等離子體放電。(2)放電清洗中,由于粒子能夠獲得很高的能量再去撞擊壁面,所以對(duì)于高能鍵吸附的雜質(zhì)也有很好的清除作用,放電清洗有助于雜質(zhì)的清除、等離子體的建立,放電清洗的效果視工作氣體的不同而有所差異,氫同位素的放電清洗主要是化學(xué)反應(yīng)的參與使得對(duì)雜質(zhì)的清除效果略好于He的放電清洗,但氫同位素本身的滯留會(huì)影響等離子體密度控制,不過D2放電清洗對(duì)氫的去除效果仍然要好于He放電清洗。兩種放電清洗的效果差異也很顯著。GDC的清洗更為均勻,但是GDC不能在磁場(chǎng)環(huán)境下實(shí)施。ICRF則需要有磁場(chǎng),這種清洗有利于下一次放電的快速進(jìn)行,而且ICRF放電清洗輔助涂層技術(shù)的效果要比GDC好。(3)硼化、硅化、鋰化涂層都能很大程度的改善雜質(zhì)水平,提高等離子體密度以及改善燃料再循環(huán)。由于鋰的優(yōu)良特性,ITER也對(duì)鋰化特別關(guān)注。鋰化同時(shí)還能對(duì)破裂放電下的器壁有一定的保護(hù)作用。此外破裂放電也可以作為一種強(qiáng)烈的壁處理措施。壁處理技術(shù)能夠改善器壁條件,大大提高等離子體性能,有利于下一次等離子體放電的實(shí)現(xiàn)。而且對(duì)氫同位素的滯留問題的處理,還有利于解決未來氘氚實(shí)驗(yàn)的氚滯留導(dǎo)致的裝置安全問題。這些研究可以為未來高參數(shù)等離子體運(yùn)行降低壁雜質(zhì)及減少壁滯留的方法提供參考,也對(duì)研究等離子體參數(shù)對(duì)等離子體排灰氣成分分析有著參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TL631.24
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言（磁約束聚變的發(fā)展）
        1.1.1 仿星器（Stellarator）
        1.1.2 托卡馬克（Tokamak）
        1.1.3 其他磁約束聚變裝置
    1.2 超導(dǎo)托卡馬克
        1.2.1 EAST超導(dǎo)磁體系統(tǒng)
        1.2.2 EAST真空室及偏濾器
        1.2.3 加熱系統(tǒng)
        1.2.4 加料系統(tǒng)
        1.2.5 診斷系統(tǒng)
        1.2.6 EAST的一些主要進(jìn)展
    1.3 EAST真空及壁處理系統(tǒng)介紹
    1.4 本文研究?jī)?nèi)容和意義
第二章 雜質(zhì)與壁材料對(duì)等離子體性能的影響
    2.1 雜質(zhì)對(duì)等離子體性能的影響
        2.1.1 雜質(zhì)對(duì)等離子體性能的負(fù)面影響
        2.1.2 雜質(zhì)對(duì)等離子體性能的積極作用
    2.2 不同第一壁材料對(duì)等離子體性能的影響
        2.2.1 低Z材料對(duì)等離子體性能的影響
        2.2.2 高Z材料對(duì)等離子體性能的影響
        2.2.3 中等原子質(zhì)量材料對(duì)等離子體性能的影響
    2.3 本章小結(jié)
第三章 壁處理對(duì)等離子體性能的影響
    3.1 烘烤
        3.1.1 烘烤
        3.1.2 烘烤在EAST上的應(yīng)用
    3.2 清洗放電
        3.2.1 輝光放電清洗、
        3.2.2 離子回旋放電清洗
    3.3 涂層
        3.3.1 涂層技術(shù)
        3.3.2 硼化、硅化在EAST上的應(yīng)用
        3.3.3 鋰化在EAST上的應(yīng)用
    3.4 本章小結(jié)
第四章 破裂對(duì)EAST第一壁的影響
    4.1 EAST排氣分析的一般性介紹
        4.1.1 分析方法
        4.1.2 典型的壁排氣
    4.2 破裂放電對(duì)EAST第一壁的影響
        4.2.1 破裂放電對(duì)燃料的影響
        4.2.2 破裂放電對(duì)雜質(zhì)的影響
    4.3 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果

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