托卡马克诊断第一镜反射率变化机理研究课件.ppt

1、主要内容主要内容 I.研究背景研究背景II.研究内容研究内容III.研究方法研究方法IV.已完成工作已完成工作V.未来工作计划未来工作计划2011/12/072R.YAN研究背景研究背景 当代托卡马克中，光学诊断系统通过当代托卡马克中，光学诊断系统通过光学窗光学窗和和光学光学纤维纤维观测等离子体。观测等离子体。硅基窗口对硅基窗口对辐射诱导吸收辐射诱导吸收很敏感，在很敏感，在ITERITER高参数运高参数运行下，在波长小于行下，在波长小于800nm800nm时，其透射率大大减少。耐辐照时，其透射率大大减少。耐辐照的材料，比如蓝宝石，在高的材料，比如蓝宝石，在高辐照后，易受辐照后，易受辐射诱导冷辐

2、射诱导冷光光的影响。的影响。为减少这些问题及其对诊断信号的影响，引入反射为减少这些问题及其对诊断信号的影响，引入反射镜，从等离子体中发射出来的光通过反射镜光学线路传镜，从等离子体中发射出来的光通过反射镜光学线路传送。送。第第一镜的引入一镜的引入 ITERITER中所有的光学诊断系统需要反射镜，第一镜问中所有的光学诊断系统需要反射镜，第一镜问题题是直接关系到各种常规光学诊断技术能否在是直接关系到各种常规光学诊断技术能否在ITERITER及其及其以后装置上使用的决定性问题。以后装置上使用的决定性问题。国际托卡马克物理诊断组（国际托卡马克物理诊断组（ITPA-TGITPA-TG），已将第一镜问题列入

3、到），已将第一镜问题列入到5 5个最优先研究课题之中，并个最优先研究课题之中，并成立了第一镜特别研究小组成立了第一镜特别研究小组SWGSWG。第一镜研究的重要性第一镜研究的重要性2011/12/073R.YAN研究背景研究背景沉积沉积第一壁材料溅射杂质壁处理气体主等离子体中逃逸的电荷交换中性粒子刻蚀刻蚀电荷交换中性粒子能量粒子体效应体效应表面效应表面效应UV、X射线辐照中子辐照2011/12/074R.YANu 光学反射率高光学反射率高u 化学稳定性好化学稳定性好u 高中子流下的稳定性高中子流下的稳定性u 热传导性好（有效冷却）热传导性好（有效冷却）u 溅射率低溅射率低研究背景研究背景第一镜材

4、第一镜材料要求料要求准第一镜材准第一镜材料：铜、不料：铜、不锈钢、钨、锈钢、钨、钼、铑钼、铑ITERITER中的中的辐照环境辐照环境快中子流：快中子流：3 3*10101313辐照流：辐照流：10Gy.s-110Gy.s-1UVUV和和x x射线辐照：射线辐照：500KW.m500KW.m-2-2符合要求第符合要求第一镜材料一镜材料2011/12/075R.YAN研究背景研究背景HL-2A HL-2A 装置第一镜装置第一镜 激光清洗结果激光清洗结果1500nm-2500nm波长范围内，反射率恢复到90%。紫外和可见光范围内清洗结果并不理想。主要因为辐照损伤和清洗材料的再沉积。EASTEAST装

5、置中辐照后的装置中辐照后的W W第一镜第一镜2011/12/076R.YAN研究内容研究内容不同等离子体辐照环境下第一镜反射率变化机理不同等离子体辐照环境下第一镜反射率变化机理研究研究 材料选择材料选择 保护系统保护系统 不同壁条件（不同壁材料、壁处理不同壁条件（不同壁材料、壁处理.）调调Q-YAG激光清洗第一镜激光清洗第一镜 洁净金属第一镜的清洗洁净金属第一镜的清洗 辐照后第一镜的清洗辐照后第一镜的清洗2011/12/077R.YAN研究方法研究方法 第一镜样品第一镜样品2011/12/078R.YAN已完成工作已完成工作等离子体辐照后不同材料第一镜反射率变化机等离子体辐照后不同材料第一镜反

6、射率变化机理研究理研究保护系统对第一镜反射率的改善研究保护系统对第一镜反射率的改善研究石墨壁等离子体辐照后第一镜反射率变化机理石墨壁等离子体辐照后第一镜反射率变化机理研究研究2011/12/079R.YAN等离子体辐照后不同材料第一镜反射率变化机理研究总放电炮数：总放电炮数：37063706壁处理：硅化和硼化壁处理：硅化和硼化实验参数实验参数实验目的实验目的u几种准第一镜材料在几种准第一镜材料在HT-7HT-7长脉冲等离长脉冲等离子体辐照下反射率变化情况研究子体辐照下反射率变化情况研究uHT-7HT-7装置中不同辐照位置对第一镜反装置中不同辐照位置对第一镜反射率的影响射率的影响 在沉积作用较小

7、的情况下，在沉积作用较小的情况下，MoMo材料制材料制备的第一镜反射率维持较好。备的第一镜反射率维持较好。2011/12/0710R.YAN等离子体辐照后不同材料第一镜反射率变化机理研究实验参数实验参数：总放电炮数：总放电炮数：10559 10559 总放电总放电时间：时间：37100S 37100S 电子温度：电子温度：200-1000eV 200-1000eV 壁处理壁处理：硅化、：硅化、硼化、锂化硼化、锂化放电主要气体放电主要气体：D2D2、HeHe 样品反射率均下降，样品反射率均下降，W W、MoMo、SSSS三三种准材料在种准材料在EASTEAST高参数运行下，表面高参数运行下，表面

8、沉积作用较强，反射率下降趋势相同沉积作用较强，反射率下降趋势相同。2011/12/0711R.YAN保护系统对第一镜反射率的改善研究壁处理壁处理：锂化，硼化：锂化，硼化全金属壁全金属壁Li-coating Li-coating 和和B-coatingB-coatingHe DHe D2 2 GDC GDC低低Q Q运行运行2.52.5，Ip=200-220KAIp=200-220KA，It=3800-4200AIt=3800-4200A，ne=1.2neg(ne:1.2-3.5)ne=1.2neg(ne:1.2-3.5)低环电压低环电压Vloop-6.5VVloop-6.5V等离子体运行等离子

9、体运行3030天天 总放电次数总放电次数34973497次次 2011/12/0712R.YAN保护系统对第一镜反射率的改善研究 安装在设有保护的样品架上的第安装在设有保护的样品架上的第一镜样品反射率部分得以维持，但是一镜样品反射率部分得以维持，但是由于表面沉积层不均匀，样品反射率由于表面沉积层不均匀，样品反射率变化不同。变化不同。为使表面反射率维持得更好，必为使表面反射率维持得更好，必须优化保护系统。须优化保护系统。结果与分析结果与分析2011/12/0713R.YAN为下一轮实验设计的管道系统为下一轮实验设计的管道系统 不同管道长度（不同管道长度（5mm、10mm、20mm、40mm）的样

10、品架。）的样品架。第一镜安装在管道末端。第一镜安装在管道末端。保护系统对第一镜反射率的改善研究保护系统对第一镜反射率的改善研究2011/12/0714R.YAN石墨壁等离子体辐照后第一镜反射率变化机石墨壁等离子体辐照后第一镜反射率变化机理研究理研究 装置中各个窗口安装的每个系统对第一镜反射率变化的影响很大，抽气窗口中的大量中装置中各个窗口安装的每个系统对第一镜反射率变化的影响很大，抽气窗口中的大量中性原子、限制器表面与等离子体相互作用产生的大量杂质及硼化壁处理引进的硼蒸气使第一性原子、限制器表面与等离子体相互作用产生的大量杂质及硼化壁处理引进的硼蒸气使第一镜表面环境更恶劣，更易遭受沉积，辐照后反射率恶化更严重。镜表面环境更恶劣，更易遭受沉积，辐照后反射率恶化更严重。结果与分析结果与分析2011/12/0715R.YAN金属壁情况下第一镜反射率变化行为研究金属壁情况下第一镜反射率变化行为研究调调Q-YAG激光清洗第一镜激光清洗第一镜 洁净金属第一镜的清洗洁净金属第一镜的清洗 辐照后第一镜的清洗辐照后第一镜的清洗下一步工作2011/12/0716R.YANThanks for your attention!2011/12/0717R.YAN谢谢！