[发明专利]一种利用高频场对磁约束聚变装置第一壁进行清洗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对磁约束聚变装置真空室第一壁进行清洗的方法，尤其是一种利用高频场对磁约束聚变装置第一壁进行清洗的方法。

背景技术

壁处理技术被广泛应用于托卡马克类型的磁约束聚变装置上，用于降低装置本底杂质水平，改善器壁的再循环。20世纪70年代以前的磁约束聚变实验对第一壁问题及边缘等离子体特性重视不够，当时得到的等离子体很不干净，混有多种杂质，有效电荷数较大，并且等离子体密度不易控制，得到的等离子体参数较低。进入20世纪80年代以来，随着托卡马克研究的深入，发展了一系列器壁处理技术，如各种放电清洗和涂层技术，采用低Z材料作为面对等离子体材料，改进限制器或者偏滤器的工艺和设计，提高第一壁的热输运能力等，有效控制了杂质产生和气体再循环，等离子体参数不断获得提高。

早期的聚变研究表明，杂质的有效控制是得到高性能等离子体的必要手段。为了避免杂质引起的辐射能量损失，对于低Z材料，其杂质密度必须控制在接近1％的水平；而对于高Z材料，其杂质水平必须控制在10^-5的足够低的水平。这就要求对等离子体与材料相互作用进行控制，包括材料选择、结构设计和壁处理技术等。其中，壁处理主要手段是：(1)大抽速内置式低温泵，以增加对气体的抽除能力；(2)硼化、硅化等手段可以改善器壁的杂质水平，但是硼膜或硅膜在经过多次放电后将会逐步被腐蚀，它所能支持的放电次数有限；(3)烘烤和等离子体辅助清洗是清除吸附在器壁上杂质和氢的主要手段。比较常规的壁处理方式主要有电阻丝加热烘烤、感应加热烘烤、直流辉光放电清洗(GDC)和泰勒放电清洗(TDC)等，并获得了丰富的经验和效果。为了减少器壁的放气量，提高极限真空度，必须充分清除器壁上吸附的气体。最常用的方法是升高器壁的温度，但这受到密封材料和周围条件的限制。如果同时或者随后进行等离子体辅助壁处理，烘烤效果可以得到增强。目前托卡马克实验装置上一般采用低能量的直流辉光放电清洗(GDC)、基于射频技术的离子回旋辅助放电(ICRF)和电子回旋辅助放电(ECRF)等技术得以实现。

虽然这些常规壁处理技术得到很大发展，并且有效地抑制了杂质水平和降低氢同位素再循环，但不同的壁清洗方式都存在其优点和缺点。GDC清洗技术已经非常成熟，但必须在装置磁场很小时工作，限制了它们在未来超导托卡马克装置中应用。ICRF清洗可以在很强的磁场存在的情况下使用，特别适合于超导托卡马克装置，尤其适合于下一代装置，如ITER。但是离子回旋清洗中等离子体主要集中在装置中心的环形区域，主要用于清洗面对等离子体的第一壁表面，而在诊断窗口、阴影区的杂质难以被清除。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种利用高频场对磁约束聚变装置第一壁进行清洗的方法，该方法清洗效率高，能够实现节能、高效之目的。

本发明的技术解决方案：一种利用高频场对磁约束聚变装置第一壁进行清洗的方法，实现步骤为：

(1)在磁约束真空室中预先充入0.1-10Pa的气体；

(2)在磁约束真空室中布置高频天线，然后以磁约束真空室为负极，伸入在磁约束真空室中的高频天线为正级，在负极和正极之间施加电压为3-5KV、频率为20-50KHz、功率为2-10KW的高频场；

(3)在高频场的电离下，气体被击穿并产生稳定的高频等离子体放电，将对磁约束真空室第一壁进行有效的轰击，在经过1-10小时的放电清洗后，达到对第一壁的清洗。

所述步骤(1)中的气体为氢气或氦气。

所述步骤(2)中的高频天线为螺旋电感天线或平板电容天线。

所述步骤(2)中的高频天线通过磁力传送杆送入真空室内。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明在真空室内，利用高频场所产生的等离子体中高频带电离子对真空室第一壁进行长时间的有效清洗，气体在高频场的作用下，要比同样电压的直流电场要容易击穿，这样能够有效地提高清洗效率，而且可以在磁场下工作，实现节能和高效的目的，经过实验，与直流辉光放电清洗相比，本发明能提高清洗效率1倍。

附图说明

图1为磁约束聚变装置真空室的结构示意图；

图2为本发明的高频天线采用螺旋电感天线的布置示意图；

图3为本发明的高频天线采用平板电容天线的布置示意图；

图4为本发明的螺旋电感天线结构图；

图5为本发明的平板电容天线结构图。

具体实施方式

结合附图对本发明进一步说明。