HT-7EAST中的灰塵研究課件

HT-7/EAST中的灰塵研究

2009-12-09

導師：胡建生研究員目錄研究意義研究目標及內(nèi)容已取得的進展存在的問題下一步的計劃發(fā)表論文情況研究意義未來聚變裝置中的灰塵對裝置安全、實驗運行、環(huán)境及人身健康存在嚴重危害，迫切需要了解灰塵的特征為國際托卡馬克灰塵研究數(shù)據(jù)庫提供實驗數(shù)據(jù)已取得的進展EAST/HT-7中灰塵的基本特征EAST中灰塵產(chǎn)生跟等離子體放電之間關(guān)系的研究腐蝕、沉積及灰塵產(chǎn)生之間關(guān)系的研究HT-7氣凝膠灰塵抓取EAST/HT-7中灰塵的基本特征研究方法

實驗后對灰塵進行收集，利用SEM、EDX、XRF、TDS進行形貌、成分及氫的滯留分析已取得的結(jié)果形貌：形狀豐富：片狀、塊狀、條狀、球狀、絮狀等EAST：片狀為主，塊狀較多，球狀很少，HT-7：塊狀為主，其次為顆粒狀，球狀很少。成分：主要成分基本相同：C、Si、Fe其他：B、Ca、Cr、Ti等HT-7灰塵分布SS表面1.9SS0.5SS(Li限制器旁)1.2-0.1-0.1ICRF加熱-0.5極向-0.4SS-0.3SS-0.20.3內(nèi)襯間隙3LimiterLHW側(cè)0.6收集方式：干泵+過濾器單點收集面積：約50cm2單點收集時間：3分鐘抽氣單位：mg共收集到7.5mgEAST/HT-7中灰塵的基本特征位置分布不均勻分布多：裝置底部（內(nèi)襯間隙、石墨瓦間縫隙、）、低場側(cè)SQL等離子體陰影區(qū)（限制器兩側(cè)、GDC電極、ICRF清洗天線、快控線圈盒（EAST）表面及附近）；窗口、管道內(nèi)灰塵也較多少：裝置頂部、第一壁石墨表面總量EAST2008：4.05g，南邊部分EAST2009：17.35g抽氣收集：212.4mg，平均約：0.177mg/cm2水中：17.14gHT-72009：110.2mg抽氣收集：7.5mg，平均：0.013mg/cm2其他：102.7mgEAST遠多于HT-7：裝置尺寸、第一壁材料、運行參數(shù)、磁場位型、收集方式等尺度分布20微米以下占主導，平均尺度與位置有關(guān)：較大：等離子體陰影區(qū)（如限制器兩側(cè)、內(nèi)襯間隙、石墨瓦間隙），約50微米，且50-100微米的灰塵眾多較少：天線表面、第一壁表面，1-10微米之間HT-72009年夏季運行期后不銹鋼內(nèi)襯表面收集到的灰塵的尺度分布EAST中灰塵產(chǎn)生跟等離子體放電之間關(guān)系的研究研究方法EASTScope+CCD+EASTViewer統(tǒng)計分析EAST2009春季實驗共放電5188次（shot9454-14641），共統(tǒng)計353shots，占總放電次數(shù)的6.8%本節(jié)灰塵專指能通過CCD看到的灰塵（亮點）放電不同階段灰塵的產(chǎn)生Shot11966：PLHI=700kW，Ip=255kA，nel=1.32E+19/m3，length=7.6s，位型：限制器->單零結(jié)論1：灰塵較多的階段：電流爬升、電流下降、剛進入平頂階段灰塵較少的階段：平頂中后期1s2.8s5.4s7.2s灰塵產(chǎn)生與Ip的關(guān)系520kA390kA270kA120kA150kA24kA灰塵產(chǎn)生與LHCD的關(guān)系

未發(fā)現(xiàn)PLHI功率對灰塵的產(chǎn)生存在明顯影響11970：偏濾器，256kA，nel=1.54，LHCD=1MW，加波時間3.6-7.5s，正常放電，7.6s3.6s投入4.9s維持穩(wěn)定7.5s退出3.6s4.9s7.5s長脈沖下灰塵的產(chǎn)生

放電后期（>25s)灰塵產(chǎn)生明顯Shot13329：Ip=235kA，nel=1.5x1019/m2，PLHI=800kW，33s1.4s3.0s27s31s29s腐蝕&沉積&灰塵之間的關(guān)系研究ErosionDustDeposits表面生長剝落凝聚、成膜蒸發(fā)、升華、濺射濺射、凝聚蒸發(fā)、濺射腐蝕&沉積&灰塵之間的關(guān)系研究研究方法

實驗后照相及樣品分析已取得的結(jié)果腐蝕與沉積區(qū)域分布：凈腐蝕主要發(fā)生在高場側(cè)及限制器表面，凈沉積主要發(fā)生在低場側(cè)、偏濾器或內(nèi)襯底部在多數(shù)石墨瓦或內(nèi)襯表面，腐蝕與沉積區(qū)域同時存在，表明腐蝕與沉積過程可同時發(fā)生腐蝕/沉積強度具有很強的方向性凈腐蝕區(qū)域凈沉積區(qū)域EAST/HT-7中灰塵的基本特征氫的滯留（EAST2008運行期后的灰塵）沉積層樣品：石墨瓦上典型的沉積層：5mmx5mmx2mm灰塵樣品：164.6mgD的滯留分析(TDS)：溫度:25-1000℃，溫度增速0.5℃/s；TDS抽速:60l/sD的總滯留量估計：1)灰塵：約7.6×1018atoms/g，4.05g灰塵中共有3.8×1019atoms2)沉積層：約7.8×1020atoms/m2，估計總量為2.34×1022atoms在750℃處灰塵樣品跟沉積層樣品D的釋放均出現(xiàn)峰值，灰塵在300℃和600℃處也出現(xiàn)了峰值，估計D的最佳熱解吸溫度在750℃左右。腐蝕&沉積&灰塵之間的關(guān)系研究沉積膜腐蝕灰塵腐蝕&沉積&灰塵之間的關(guān)系研究沉積膜的主要成分為C、B、Fe、O，與灰塵成分相似腐蝕&沉積&灰塵之間的關(guān)系研究沉積膜灰塵非常一致的成分類似的形狀灰塵沉積膜證實成分分析證實腐蝕、沉積及灰塵產(chǎn)生之間存在相互轉(zhuǎn)化實驗條件Ip=130kA，ne=1.5x1019/m3，Bt=1.8T，PLHCD=300-420KW,Length=1s，Twall=30℃共接受了10次放電，10sHT-7氣凝膠高能灰塵抓取HT-7氣凝膠高能灰塵抓取收集到6個灰塵粒子表面27個圓錐形彈坑，平均半徑：479微米，平均深度：420微米，平均體積：2.2x10-4cm3軌跡為彈坑下一步的計劃灰塵氧化清除技術(shù)的研究熱壁氧化：研究不同烘烤溫度、不同氧氣環(huán)境、不同氧化時長下氧化清除技術(shù)對灰塵中C、H粒子的清除率GDC-氧化：研究不同O-GDC下灰塵氧化的清除效率（選做）HT-7中抓取灰塵的氣凝膠的進一步分析發(fā)表論文情況唐明,胡建生,G.Morfill，等，EAST/HT-7托卡馬克裝置灰塵研究初步結(jié)果，中國物理學會2009秋季會議M.TANG,J.SHU,N.ASHIKAWA,etal,DustcollectedfromEASTsuperconductingtokamakwithfullcarbonwallsafter2008campaign，F(xiàn)usionEngineeringandDesign