不同状态下等离子体恢复放电课件

不同状态下等离子体恢复放电不同状态下等离子体恢复放电报告人报告人 许文豫许文豫指导老师指导老师 胡建生胡建生HT-7 ASIPP不同状态下等离子体恢复放电报告人 许文豫HT-7 AS1装置对壁处理的要求装置对壁处理的要求杂质清除（氧，碳，水，金属等）杂质清除（氧，碳，水，金属等）目前的托卡马克需要通过器壁处理限制等离子体中的杂质，获目前的托卡马克需要通过器壁处理限制等离子体中的杂质，获得高品质的等离子体。杂质抑制是托卡马克运行的重要课题。得高品质的等离子体。杂质抑制是托卡马克运行的重要课题。粒子再循环控制（氢同位素）粒子再循环控制（氢同位素）以碳材料为第一壁装置，碳的腐蚀及其再沉积导致的氢同位素以碳材料为第一壁装置，碳的腐蚀及其再沉积导致的氢同位素的滞留将带来严重的粒子再循环，影响等离子体的密度控制，的滞留将带来严重的粒子再循环，影响等离子体的密度控制，影响装置的经济有效的运行，并且在未来装置中氚的滞留也会影响装置的经济有效的运行，并且在未来装置中氚的滞留也会带来严重的问题。带来严重的问题。壁处理主要方法壁处理主要方法清洗技术：烘烤、清洗技术：烘烤、GDCGDC放电清洗、放电清洗、RFRF放电清洗、泰勒放电清洗放电清洗、泰勒放电清洗杂质抑制技术：硼化、碳化等杂质抑制技术：硼化、碳化等一、介绍一、介绍HT-7 ASIPP装置对壁处理的要求一、介绍HT-7 ASIPP2HT-7装置等离子体恢复放电装置等离子体恢复放电装置初期恢复实验、硼化壁处理后装置初期恢复实验、硼化壁处理后、在氧化壁处、在氧化壁处理后以及装置泄漏后都伴随着长时间破裂等离子理后以及装置泄漏后都伴随着长时间破裂等离子体放电阶段；体放电阶段；在不同壁状态下，杂质和粒子再循环分别是导致在不同壁状态下，杂质和粒子再循环分别是导致破裂等离子体放电主要原因；破裂等离子体放电主要原因；这些破裂等离子体破裂放电达到几十到几百次，这些破裂等离子体破裂放电达到几十到几百次，累计占用时间为几个到十几小时，严重影响运行累计占用时间为几个到十几小时，严重影响运行效率；效率；但这些破裂等离子体放电能够有效的清除器壁上但这些破裂等离子体放电能够有效的清除器壁上所吸附的杂质或者氢，促进等离子体的恢复。所吸附的杂质或者氢，促进等离子体的恢复。HT-7装置等离子体恢复放电装置初期恢复实验、硼化壁处理后 3研究目的与内容研究目的与内容分析分析HT-7装置在不同壁状态下等离子体恢装置在不同壁状态下等离子体恢复进程；复进程；研究研究HT-7装置在不同条件下破裂放电形成原装置在不同条件下破裂放电形成原因；因；研究杂质和氢再循环对等离子体破裂放电的研究杂质和氢再循环对等离子体破裂放电的影响；影响；探讨改善器壁状态的途径，抑制等离子体被探讨改善器壁状态的途径，抑制等离子体被动破裂，实现等离子体快速恢复；动破裂，实现等离子体快速恢复；促进促进HT-7和和EAST超导托卡马克装置的经济有超导托卡马克装置的经济有效运行。效运行。HT-7 ASIPP研究目的与内容分析HT-7 装置在不同壁状态下等离子体恢复进4二、研究结果二、研究结果典型的等离子体恢复典型的等离子体恢复不同状态下长时间破裂放电阶段不同状态下长时间破裂放电阶段不同状态下破裂后的标准欧姆等离子体特不同状态下破裂后的标准欧姆等离子体特点点HT-7 ASIPP二、研究结果典型的等离子体恢复HT-7 ASIPP5类型类型清洗清洗硼化硼化清洗清洗破裂放电破裂放电典型恢复等典型恢复等离子体离子体初始放初始放电17天内衬烘烤、天内衬烘烤、45小时感应烘烤和小时感应烘烤和47小时小时He-GDC放电清洗，放电清洗，内真空达到内真空达到3.3X10-5Pa90121-90249,128shots,660min.90264硼化硼化1He-ICR1h,1520kW3g，2h,20kWHe-RF，50min,15kW90612-9063119shots,98min90646硼化硼化2He-ICR1h,15kW3g，132min,510 kW,He-RF 35min,5kW91711-9174029 shots,118min91764硼化硼化3He-ICR70min,15kW3g，130min,20 kWHe-RF 23min,5kW94957-949658shots,50min硼化硼化4He-ICR70min,20kW9g，300min,520 kW,He-RF 70min,5kW92131-92264133shots,560min92297硼化硼化5(7th)He-ICR 75min,15kW3g，180min,15 kWHe-RF 60min,15kW960940shots,0min96104硼化后大气硼化后大气泄露泄露(4th)He-ICR77min,15kW3g，120min,515 kWHe-RF 75min,5kW感应烘烤感应烘烤He-GDC 60min93774-94032258shots,1040min94038氧化后硼化氧化后硼化(6th)O-ICR,70min,D-ICR,40min,He-ICR,50min1g，70min,15 kWHe-RF 90min,15kW95816-9586145shots,180min95872氧化后氧化后O-ICR,120min;He-ICR,40min;D-ICR,40min;He-ICR,40min67shots,240min84477典型的等离子体恢复典型的等离子体恢复类型清洗硼化清洗破裂放电典型恢复等离子体初始放电17天内衬烘6硼化硼化1(1(第一次第一次)硼化1(第一次)7硼化硼化3(3(第三次第三次)硼化3(第三次)8硼化后大气泄露硼化后大气泄露(第四次第四次)硼化后大气泄露(第四次)9硼化硼化4(4(第五次第五次,9g),9g)硼化4(第五次,9g)10硼化硼化5(第七次硼化第七次硼化)硼化5(第七次硼化)11氧化后硼化氧化后硼化(第六次第六次,1g)氧化后硼化(第六次,1g)12很明显，初期恢复放电、大剂量硼化以及很明显，初期恢复放电、大剂量硼化以及装置泄露将导致大量的破裂放电；装置泄露将导致大量的破裂放电；硼化后破裂放电次数不仅跟硼化剂量相关，硼化后破裂放电次数不仅跟硼化剂量相关，还与硼化过程及随后的清洗相关；还与硼化过程及随后的清洗相关；氧化实验后等离子体恢复明显快于装置泄氧化实验后等离子体恢复明显快于装置泄漏、初期放电后的恢复；漏、初期放电后的恢复；氧化后无论仅仅采取清洗还是硼化都会有氧化后无论仅仅采取清洗还是硼化都会有多次破裂放电的过程。多次破裂放电的过程。HT-7 ASIPP很明显，初期恢复放电、大剂量硼化以及装置泄露将导致大量的破裂13不同状态下破裂放电阶段不同状态下破裂放电阶段初期放电初期放电典型硼化后典型硼化后氧化壁处理后氧化壁处理后仅清洗仅清洗清洗和硼化清洗和硼化硼化后装置泄漏后硼化后装置泄漏后HT-7 ASIPP不同状态下破裂放电阶段初期放电HT-7 ASIPP14装置恢复放电初期破裂放电装置恢复放电初期破裂放电初期恢复放电阶段破裂放电次数比较多，有初期恢复放电阶段破裂放电次数比较多，有128次，累计恢复时间共次，累计恢复时间共660min；虽然经过长时间壁处理，在放电初期，杂质比较高，在破裂放电过程中，虽然经过长时间壁处理，在放电初期，杂质比较高，在破裂放电过程中，杂质释放明显，水本底分压逐步下降，而杂质释放明显，水本底分压逐步下降，而C-O、O2似乎还有所上升。似乎还有所上升。杂质是导致破裂放电的主要原因。杂质是导致破裂放电的主要原因。HT-7 ASIPP装置恢复放电初期破裂放电初期恢复放电阶段破裂放电次数比较多15典型硼化后典型硼化后(3g)的破裂放电的破裂放电常规硼化后，破裂放电此数比较少，常规硼化后，破裂放电此数比较少，0-29次；次；硼化后，硼化对氧杂质的有效抑制，杂质水平比较低，但氢的分压很高；硼化后，硼化对氧杂质的有效抑制，杂质水平比较低，但氢的分压很高；在破裂放电中，杂质和氢都有很大释放，尤其是在破裂放电中，杂质和氢都有很大释放，尤其是H2；随着破裂放电的继续，杂质和氢都有不同程度下降。随着破裂放电的继续，杂质和氢都有不同程度下降。硼化使的杂质的影响降到比较小的程度，而硼化导致氢的再循环比较严重。硼化使的杂质的影响降到比较小的程度，而硼化导致氢的再循环比较严重。氢的再循环是导致破裂放电的主要原因。氢的再循环是导致破裂放电的主要原因。可以通过硼化工艺的改进减少粒子再循环影响，快速恢复等离子体放电，如可以通过硼化工艺的改进减少粒子再循环影响，快速恢复等离子体放电，如2007年春季实验最后一次硼化：控制硼化进程和加强硼化后清洗。年春季实验最后一次硼化：控制硼化进程和加强硼化后清洗。HT-7 ASIPP典型硼化后(3g)的破裂放电常规硼化后，破裂放电此数比较少，16大剂量硼化后的破裂放电（差分质谱）大剂量硼化后的破裂放电（差分质谱）同常规硼化相比，此次硼化虽然也抑制了杂质水平，但氢的含量非常同常规硼化相比，此次硼化虽然也抑制了杂质水平，但氢的含量非常高，即使在差分系统中，高，即使在差分系统中，H2分压达到分压达到2x10-5Pa，说明此次硼化导致更，说明此次硼化导致更多的粒子再循环，进而导致更多次破裂放电；多的粒子再循环，进而导致更多次破裂放电；虽然破裂放电中大量虽然破裂放电中大量H被释放，但经过长时间破裂放电，被释放，但经过长时间破裂放电，H的本低仍的本低仍然很高；然很高；氢的再循环是影响硼化后等离子体恢复的主要因素，而且采用氢的再循环是影响硼化后等离子体恢复的主要因素，而且采用9g样品样品硼化效果上比硼化效果上比3g更差，更差，9g的硼化带来了更严重的再循环问题。的硼化带来了更严重的再循环问题。普通硼化用普通硼化用3g样品，而这样品，而这次试验用了次试验用了9g。硼化后经。硼化后经历了较长时间的破裂放电历了较长时间的破裂放电过程，过程，133炮，累计恢复炮，累计恢复时间共时间共560min。HT-7 ASIPP大剂量硼化后的破裂放电（差分质谱）同常规硼化相比，此次硼化虽17普通氧化试验后等离子体恢复普通氧化试验后等离子体恢复在氧化后即使进行了一定清洗，杂质的分压还是比较高，导致了在氧化后即使进行了一定清洗，杂质的分压还是比较高，导致了67次次破裂放电破裂放电(累计恢复时间累计恢复时间240min).破裂放电促进杂质的清除，随着破裂放电的过程逐步下降到一个稳定破裂放电促进杂质的清除，随着破裂放电的过程逐步下降到一个稳定水平，并恢复标准等离子体。水平，并恢复标准等离子体。氢的分压比硼化后低很多，且随着破裂放电进一步下降。氢的分压比硼化后低很多，且随着破裂放电进一步下降。此时，杂质是导致破裂放电的主要原因。此时，杂质是导致破裂放电的主要原因。HT-7 ASIPP普通氧化试验后等离子体恢复在氧化后即使进行了一定清洗，杂质的18氧化后硼化的等离子体恢复氧化后硼化的等离子体恢复70分钟的分钟的O-ICR，之后又做了，之后又做了1g的硼化，等离子体经历了的硼化，等离子体经历了45炮，共炮，共180分钟的破裂放电过程；分钟的破裂放电过程；等离子体恢复的时间比未做硼化的要短很多。等离子体恢复的时间比未做硼化的要短很多。氧化加硼化后，不仅杂质比较高，并且氧化加硼化后，不仅杂质比较高，并且H再循环也比较高，是氧化和再循环也比较高，是氧化和硼化共同作用的结果。虽然硼化并没有完全将氧化所导入的杂质抑制硼化共同作用的结果。虽然硼化并没有完全将氧化所导入的杂质抑制住，但杂质不是导致破裂的主要原因，主要原因是住，但杂质不是导致破裂的主要原因，主要原因是H再循环。再循环。HT-7 ASIPP氧化后硼化的等离子体恢复70分钟的O-ICR，之后又做了1g19硼化硼化+大气泄露后的等离子体恢复（差分）大气泄露后的等离子体恢复（差分）硼化硼化+大气泄露之后，杂质水平很高，主要是水（硼膜中大气泄露之后，杂质水平很高，主要是水（硼膜中H与空气中与空气中O的结合），导致大量破裂放电。的结合），导致大量破裂放电。虽然这些破裂放电能有效清除杂质，但需要比较长的时间来恢复等离虽然这些破裂放电能有效清除杂质，但需要比较长的时间来恢复等离子体放电。子体放电。这种泄漏是需要尽量避免的。这种泄漏是需要尽量避免的。5月月22日硼化试验日硼化试验后发生了大气泄露，后发生了大气泄露，之后的等离子体破之后的等离子体破裂放电过程很长，裂放电过程很长，258炮，共炮，共1040min。HT-7 ASIPP硼化+大气泄露后的等离子体恢复（差分）硼化+大气泄露之后，杂20不同破裂后的标准欧姆等离子体特点不同破裂后的标准欧姆等离子体特点等离子体：密度等离子体：密度1.5x1013/cm3，电流，电流130kA比较参数：比较参数：Vis、O、HaHT-7 ASIPP不同破裂后的标准欧姆等离子体特点等离子体：密度1.5x121硼化（一、二、硼化（一、二、9g、最后）、硼化后泄漏、最后）、硼化后泄漏第一、二次第一、二次3g硼化、硼化、9g硼化和硼化后泄漏均导致大量杂质，而最后一次硼化硼化和硼化后泄漏均导致大量杂质，而最后一次硼化效果最好，杂质含量最低；效果最好，杂质含量最低；大计量硼化导致大计量硼化导致H再循环很高；再循环很高；硼化后所恢复的等离子体不仅跟硼的计量相关，而且跟壁处理工艺相关。硼化后所恢复的等离子体不仅跟硼的计量相关，而且跟壁处理工艺相关。硼化（一、二、9g、最后）、硼化后泄漏第一、二次3g硼化、922初始放电、硼化后泄漏、氧化后硼化、最后硼化初始放电、硼化后泄漏、氧化后硼化、最后硼化初始放电后杂质最多；好的硼化后杂质最少；硼化后泄漏和氧化后硼化所导初始放电后杂质最多；好的硼化后杂质最少；硼化后泄漏和氧化后硼化所导致的氧很接近，而氧化后硼化致的氧很接近，而氧化后硼化C杂质明显低于硼化泄漏后杂质明显低于硼化泄漏后C杂质；不同硼化后杂质；不同硼化后Ha均高于初始放电。均高于初始放电。初始放电、硼化后泄漏、氧化后硼化、最后硼化初始放电后杂质最多23总结总结分析了分析了HT-7装置不同阶段破裂放电原因、破裂放电对杂质和氢清除情装置不同阶段破裂放电原因、破裂放电对杂质和氢清除情况、等离子体恢复情况；况、等离子体恢复情况；破裂放电进程同壁的状态有关。而壁的状态同所采用的壁处理方式和工破裂放电进程同壁的状态有关。而壁的状态同所采用的壁处理方式和工艺相关。艺相关。根据不同壁状态，破裂放电可以有效的清除杂质或者氢，有利于等离子根据不同壁状态，破裂放电可以有效的清除杂质或者氢，有利于等离子体恢复；体恢复；不同破裂放电后，所恢复的等离子体主要不仅跟前期壁处理方式相关，不同破裂放电后，所恢复的等离子体主要不仅跟前期壁处理方式相关，而且跟壁处理工艺相关（硼化比较明显）。而且跟壁处理工艺相关（硼化比较明显）。即使进行了长时间的清洗，装置初期恢复放电经常伴随着大量破裂放即使进行了长时间的清洗，装置初期恢复放电经常伴随着大量破裂放电，所恢复的等离子体中杂质含量也很高，需要进一步研究改善器壁电，所恢复的等离子体中杂质含量也很高，需要进一步研究改善器壁状态的方法。状态的方法。硼化能抑制杂质，特别是氧，但会加重氢的再循环，需要控制硼化量硼化能抑制杂质，特别是氧，但会加重氢的再循环，需要控制硼化量和硼化工艺，减少破裂放电次数，快速恢复等离子体放电。和硼化工艺，减少破裂放电次数，快速恢复等离子体放电。氧化后采用适当的硼化可以改善等离子体恢复进程。氧化后采用适当的硼化可以改善等离子体恢复进程。硼化后大气泄露，导致杂质的大量引入，清除起来很困难，等离子体硼化后大气泄露，导致杂质的大量引入，清除起来很困难，等离子体需要很长时间的破裂放电才能恢复，需要尽量避免。需要很长时间的破裂放电才能恢复，需要尽量避免。HT-7 ASIPP总结分析了HT-7装置不同阶段破裂放电原因、破裂放电对杂质和24