中国环流三号(HL-3)壁处理系统研制

托卡马克装置壁处理系统对获得高真空、洁净的器壁条件至关重要。介绍了中国环流三号(HL-3)装置真空系统中的壁处理各子系统设计及研制概况。分析了壁处理系统调试运行过程和特点,设计了烘烤系统和直流辉光清洗系统的运行方案。分别对烘烤系统、直流辉光清洗系统以及射频辅助直流辉光放电系统的首次运行结果进行了讨论。通过应用壁处理系统,配合真空抽气系统,HL-3装置真空系统运行达到预期目标,初始放电前装置最小压力达到2.4×10^(-6)Pa。

HL-2A真空室预装抽气与检漏试验

4套前级汇总式分子泵三级抽气机组由包括4套3500L·s-1分子泵、2套600L·s-1罗茨增压泵和2套70L·s-1机械泵组成,对环有效抽速为6 4m3·s-1(H2)。用氦质谱检漏仪、四级场质谱计与氦质谱检漏仪相结合的方法分别进行了零部件和真空室总体检漏,真空室总漏气率≤1.2×10-5Pa·m3·s-1。采用有效除气措施后,HL 2A真空室预装本底压强为1.1×10-4Pa。

HL-2A托卡马克装置真空系统

介绍了HL 2A装置真空系统研制。它由真空主抽气系统、抽气偏滤器、直流辉光放电清洗系统组成。主抽气系统提供了装置真空室从大气到高真空、烘烤除气、直流辉光放电清洗所需要的抽气能力。抽气偏滤器初步实现了托卡马克放电过程中边缘粒子的抽运与控制;直流辉光放电清洗系统保证了装置良好的真空器壁条件。介绍了这些系统的初步运行情况,并给出了其测试结果。HL 2A装置首轮物理实验运行时真空室极限真空度达到4.6×10-6Pa,12h总漏放气率为1.8×10-5Pa·m3·s-1。

HL-1M 装置的真空进展

总结了１９９４ 至１９９８ 年度ＨＬ－１Ｍ 装置的真空进展，包括真空壁条件、真空运行参数、放电进展。

HL-1M装置硼化、硅化和锂涂覆壁的出气特性

借助ＱＭＳ诊断技术，完成了ＨＬ－１Ｍ装置Ｂ化、Ｓｉ化和Ｌｉ涂覆壁的出气特性的对比实验研究。氦直流辉光放电清洗［ＧＤＣ（Ｈｅ）］期间，Ｈ２出气占支配地位，杂质分压与Ｈ２分压成正比，ＧＤＣ后的本底放气率较烘烤去气低。ＧＤＣ（Ｈｅ＋Ｈ２）是去除膜的有效方法。对应Ｂ化、Ｓｉ化和Ｌｉ涂覆壁，托卡马克放电后的Ｈ２出气量比是１∶０．１３∶０．２１。出Ｈ２量／送Ｈ２量对ＳＳ壁为０．５，对Ｂ化壁为１．８，对Ｓｉ化和Ｌｉ涂覆壁则为０．１。对ｎｅ归一化的出气量的Ｈ密度能有效地表示再循环系数（Ｒ）的大小。

HL-1M装置真空室硅化的研究

GDC(He +SiH4 )是为HL 1M装置研制的一种常规壁处理技术。在He辉光等离子体条件下 ,通过气相中的电子碰撞离解、电离、离子 分子反应和在壁面上的He+ 诱导脱H2 过程 ,在清洁的真空壁表面沉积一层无定形、半透明、致密的氢化硅 (α Si∶H)薄膜。氢化硅具有良好的H(D)捕获、H2 (D2 )释放 ,能显著地降低再循环系数 ,有效地控制杂质水平 ,大大拓宽了HL 1M装置的运行范围 ,为HL 1M装置的LHCD、ICRH、ECRH、NBI、PI和MBI实验提供了良好的真空壁条件。

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强的初步研究

HL 2A装置上首次实现了偏滤器位形放电。采用专门研制的可在强磁场和强噪声环境下工作的快响应真空电离规对偏滤器室内的中性气体压强进行了测量,给出了HL 2A装置偏滤器有关结构的基础数据。初步研究了偏滤器位形和孔栏位形放电期间偏滤器室中性气体压强的特性。

HL-1M托卡马克中的硼化

用碳硼烷加氦直流辉光放电，在ＨＬ－１Ｍ托卡马克内壁上原位涂覆了含碳硼膜，平均厚度５０—７０ｎｍ，硼碳比约为１６。硼化后器壁条件有了本质的改善，对器壁上氧源的抑制特别显著，也增强了石墨表面抗氢离子和氢原子化学蚀刻的能力。硼化显著改善了等离子体性能和提高了等离子体参数。扰动显著减小，放电稳定性和重复性提高。硼化为低混杂波电流驱动实验创造了良好的壁条件。

质谱测量与分析系统的性能测试

对所研制的质谱测量与分析系统进行了性能测试。烘烤后系统的极限真空达到了7.3×10-7Pa,总漏气率为3.84×10-9Pa.m3.s-1。上下球室之间的气体压力,以及漏孔的漏气率与高分辨四极质谱计的氦分压力均呈现了良好的线性关系。结果满足动态流导法真空校准的技术要求,为氘、氦混合气体的测量与分析提供了条件。

四极质谱计气体分析与测量系统的研制

介绍了为开展漏孔检测、氘-氦分辨性能及真空检漏技术等相关实验研究而进行的四极质谱计分析与测量系统的研制,描述了真空室结构、抽气设备的选型、测量仪器的选择及控制保护子系统工作方式。对系统进行了包括极限真空、残余气体质谱分析、漏放气率、质谱计性能等测试,结果表明本系统达到了设计要求。

HL-2A托卡马克真空系统的烘烤试验

简述了HL-2A托卡马克真空系统的组成及结构特点,介绍了真空系统的烘烤运行过程。通过真空系统的烘烤性能试验后,为HL-2A装置的放电调试运行积累了经验并提供大量的试验数据。

HL-1M装置第一壁锂-硅复合涂层及其效果

在HL 1M装置上新开发出一种第一壁原位锂 硅复合涂覆技术。装置涂覆后 ,真空室内的真空度上升 ,杂质气体的分压强下降 ,低于单一的硅化或锂涂覆。在相同放电参数下 ,具有锂 硅涂层的放电与原位硅化放电相比 :等离子体中的碳、氧杂质浓度下降了 30 % ,尤其是随着等离子体密度上升碳杂质下降得更显著 ;等离子体能量辐射损失降低了 2 5 % ;等离子体边缘温度和密度有所降低 ,这表明等离子体内部约束得到改善。有原位锂 硅复合涂覆的放电结果略好于或同于单一原位锂涂覆放电的结果 ,但这种复合涂层能维持 10 0余次托卡马克放电 ,较单一原位锂涂层维持的放电次数高一个数量级 ,这证明了锂 硅复合涂覆技术的优异性能。

HL-1M装置氦辉光放电清洗的实验研究

氦辉光放电清洗 (GDC(He) )是HL - 1M (环流器新一号 )托卡马克装置控制C、O杂质、壁H再循环和改善真空壁条件的有效方法。它与泰勒放电清洗 (TDC)、交流放电清洗 (AC)、电子回旋共振放电清洗 (ECR)相比 ,设备简单、不需要磁场且操作安全 ;与烘烤去气相比 ,它对环形真空室壁的去气率高 ,本底杂质浓度低。分别描述了去O、去C和去H的清洗模式 。

HL-2A装置真空室总体检漏

介绍中国环流器2号A偏滤器托卡马克装置真空室总装检漏及结果。根据其真空室特点设计了不同结构的检漏子系统,用氦质谱检漏仪、四极场质谱计与氦质谱检漏仪相结合的方法(双质谱法)分别进行零部件和真空室总体检漏,对有关检漏技术问题进行了讨论。

HL-2A等离子体密度反馈控制系统研制

介绍了HL-2A等离子体密度反馈控制系统的设计和实现。从密度反馈控制系统的设计原理、硬件设计和软件设计几方面,论述了等离子体密度反馈系统在HL-2A装置上的实现。实验证明,该系统实现了维持稳定可靠的密度波形的要求。

HL-2A装置直流辉光自动调节控制系统

直流辉光放电清洗的主要作用是去除HL-2A装置内的低Z杂质C、O,以及放电期间所产生的残余气体和杂质。介绍了直流辉光放电自动调节控制系统。在辉光放电过程中,实现了真空室工作气体气压和放电电压的自动调节和信号采集。本文描述了系统的设计原理,控制方案和系统实现后的具体应用效果。直流辉光放电系统的性能得到了提高,放电电流稳定性得到了显著提高,放电电压的控制精度改善为1%FS,系统从启动到稳定运行状态的时间小于40 s,HL-2A装置的清洗效率也明显获得改善。

HL-1M 装置硼化膜的研究

ＨＬ－１Ｍ装置采用Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２蒸气对真空室内壁进行了原位硼化，取得了满意的效果。采用沉积探针技术并结合四极质谱分析技术对膜的成分、热解释性能、Ｄ＋束辐照化学腐蚀性能、ＨＬ－１Ｍ装置第一壁成膜的平均速率和膜厚的均匀度以及硼化前后的碳、氧杂质和放电期间器壁再循环特性进行了研究。

HL-1M装置氦辉光放电清洗的清除率研究

通过对ＨＬ－１Ｍ装置的氦直流辉光放电清洗（Ｈｅ－ＧＤＣ）的放电特点和清除率的研究，发现环形真空室的对称性导致与阳极截面对称的区域的场强很弱，使其阴极位降区的厚度远大于氦离子的平均自由程，严重影响清除率，因此提出采用多电极不对称阳极电位的辉光放电来提高清除率；同时发现，辉光放电清洗使氢分压比托卡马克放电的送氢压强低一个量级以上，才能重复进行好的有辅助加料的托卡马克放电。

HL-1M装置的真空运行与质谱诊断

通过对真空运行模式、真空运行参数、辉光放电清洗和硅化壁处理手段的规范化,显著地降低了HL 1M装置的真空壁出气、本底杂质浓度、放电杂质出气比和再循环,成功地实现了高参数放电、长脉冲放电和装置暴露大气后快速恢复放电,并为验证低混杂电流驱动、离子回旋共振加热、电子回旋共振加热、中性束注入、弹丸注入和分子束注入实验及升级等离子体运行提供了良好的壁条件。描述了HL 1M装置真空系统、壁出气和再循环、质谱诊断和程序脉冲送气等方面的主要实验成果,这些结果为HL 2A装置的真空系统研制和运行提供有益的参考。

HL-1M托卡马克装置的DC辉光放电清洗(英文)

本文简要叙述了ＨＬ－１Ｍ的ＤＣ辉光放电清洗技术和放电结果。实验表明，类似ＨＬ－１Ｍ托卡马克装置的真空室，经过烘烤、Ｔａｙｌｏｒ放电和ＤＣ放电清洗后，有可能得到高品质的等离子体。