1、LOGOEAST第一壁的腐蚀与沉积闫洪一导师：李建刚、龚先祖中科院等离子体物理研究所2009.12.08行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏概要v1.研究意义v2.研究现状v3.研究目标v4.研究方法v5.研究计划行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏研究意义v目前，第一壁承受很高热负荷，受到严重腐蚀。v商用聚变堆放电时间更长，功率更高，第一壁承受更高热负荷，腐蚀更为严重，可能从现在的微米量级增长到厘米量级。行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏研究现状v 早期，用不锈钢作为第一壁材料，现在用石墨和钨等作为第一壁。v ITER中，铍、碳纤维(CFC)和钨作第一壁材料。这三种材料各
2、有优缺点：BeCFCW优点吸氧力强抗热冲击和热疲劳性能好原位修复与等离子体相容性好，低Z低破裂腐蚀率低破裂腐蚀率可承受高热应力原位等离子体喷涂修复原位等离子体喷涂修复等离子体辐射损失少（低Z）物理溅射阈值高物理溅射阈值高,无化学溅射无化学溅射无化学溅射无化学溅射高热导，可作高热通量部件高熔点，高热导较高热导，低活性低的氚贮存，低肿胀缺点低熔点，不适合作偏滤器高氚贮存高氚贮存，化学腐蚀严重化学腐蚀严重中子辐照后发脆耐腐蚀寿命短耐腐蚀寿命短辐射增强升华辐射增强升华高辐射性（感生辐射废物）耐中子辐照能力低(肿胀发脆)抗氧化性低高Z，辐射损失大耐氧化性差中子辐照引起热导减小出现破裂和出现破裂和ELME
3、LM时熔化层流失时熔化层流失剧毒加工性差行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏ITER的第一壁材料的第一壁材料by V.Philipps,IAEA Nov 2019,Portugal真空室内壁用Be以减轻杂质污染；偏滤器靶板主要用钨，保证靶板寿命；strike point用CFC，以减轻熔化层破裂腐蚀。行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏与腐蚀有关的与腐蚀有关的PMIPMIv1.物理溅射：入射粒子的能量经碰撞传给固体原子，若原子得到的能量超过结合能，就会逸出进入等离子体。v2.化学溅射：主要发生在石墨与碳基复合材料中，入射粒子与碳结合形成挥发性分子。v3.辐射增强升华：石墨与碳基复合
4、材料，温度超过1500K，溅射产额迅速增大。v4.起泡和剥落：高能离子轰击会在材料几微米深处引起气体沉积，若气体不溶于材料，当粒子注入量超过一定值，固体表面会起泡，起泡破裂使材料表面剥落。v5.单级弧：带点等离子体发生电弧放电，使壁面形成弧坑，仅出现在放电初始阶段。行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏物理溅射和化学溅射物理溅射和化学溅射不同材料的物理溅射与氘的能量之间的关系by U.Samm,plasma-wall interaction石墨的化学溅射与30eV氘的流量密度之间的关系。by J.Roth,J.Nucl.Mater 2019行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏腐蚀与沉
5、积过程腐蚀与沉积过程行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏 TEXTOR TEXTOR中腐蚀与沉积中腐蚀与沉积TEXTOR的限制器，不同部位腐蚀与沉积情况不同。右图电子显微镜照片的层结构厚约4m。by U.Samm,transations of fusion science and technology,Vol49 FEB2019行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏AUGAUG偏滤器中以及偏滤器中以及JETJET的腐蚀与沉积的腐蚀与沉积AUG的偏滤器中的腐蚀与再沉积情况。单位是克。右图是JET的第一壁Be与C的腐蚀与再沉积。by V.Philipps，IAEA Nov 2019,Vi
6、lamoura,Portugal行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏AUGAUG环向钨瓦块的腐蚀与沉积环向钨瓦块的腐蚀与沉积沉积区腐蚀区AES&RBS分析，W的腐蚀厚度120-160nmby X.Gong etc.Erosion and Deposition of Tungsten as Plasma-facing Material行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏研究目标研究目标v1.了解和掌握实验的基本步骤和方法v2.获得EAST限制器瓦块受高温等离子体辐照后腐蚀和沉积的具体情况及实验数据v3.对实验数据进行分析，得出结论,总结腐蚀与沉积的机理。行业报告 多媒体课件 友友情分
7、享，欢迎收藏研究腐蚀/沉积的方法v主要有实验法和模拟法。v实验法实验法：用真空磁力传送系统把实验材料放入托卡马克指定位置，达到实验要求后，取出材料进行固体表面分析。在实验前把瓦块嵌入第一壁，实验结束后取出材料进行固体表面分析。v常见的表面分析技术有：低能电子衍射（LEED）、反射高能电子衍射（RHEED）、俄歇电子谱（AES）、光电子能谱（XPS或UPS）、出现电势谱（APS）、能量损失谱（ELS）、离子中和谱（INS）、二次离子谱（SINS）、扫描隧道显微镜（STM）。在中科大可作XPS分析。行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏 XPS XPS原理原理v基于光电效应，利用X射线光子激发
8、出物质表面原子的内层电子，通过对这些电子进行能量分析得到能谱。可测表面成分和判定原子化合态。行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏v模拟法模拟法：主要有ERO和LIM上图是限制器位型LIM模拟，纵坐标大于0表示净腐蚀，小于0表示净沉积by S.Carpentier etc.Memo 26 August 2009左图是偏滤器位型ERO模拟，颜色浅的是石墨by U.Samm,plasma-wall interaction行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏EAST实验实验 v 研究EAST的活动限制器瓦块的腐蚀与沉积，采用实验法的。EAST的活动限制器行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏EASTEAST活动限制器位置活动限制器位置活动限制器行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏研究计划v2009.9 2009.11 查阅文献v2009.12 在HT-7上做初步实验，了解和掌握实验操作的基本步骤和方法。v2019 在EAST的活动限制器上进行实验，研究瓦块的腐蚀和沉积情况。行业报告 多媒体课件 友友情分享，欢迎收藏v 谢谢！
