HT-7EAST中的灰尘研究共32页

ASIPP目录研究意义研究目标及内容已取得的进展存在的问题下一步的计划发表论文情况ASIPP研究意义未来聚变装置中的灰尘对装置安全、实验运行、环境及人身健康存在严重危害，迫切需要了解灰尘的特征为国际托卡马克灰尘研究数据库提供实验数据ASIPP研究目标及内容EAST/HT-7中灰尘的基本特征–灰尘的尺度、分布、成分、形状、氢的滞留等基本特征EAST中灰尘产生跟等离子体放电之间关系的研究–研究在不同等离子体放电条件下灰尘的产生规律腐蚀、沉积及灰尘产生之间关系的研究灰尘氧化清除技术的研究ASIPP已取得的进展EAST/HT-7中灰尘的基本特征EAST中灰尘产生跟等离子体放电之间关系的研究腐蚀、沉积及灰尘产生之间关系的研究HT-7气凝胶灰尘抓取ASIPPEAST/HT-7中灰尘的基本特征研究方法实验后对灰尘进行收集，利用SEM、EDX、XRF、TDS进行形貌、成分及氢的滞留分析已取得的结果形貌：形状丰富：片状、块状、条状、球状、絮状等EAST：片状为主，块状较多，球状很少，HT-7：块状为主，其次为颗粒状，球状很少。成分：主要成分基本相同：C、Si、Fe其他：B、Ca、Cr、Ti等ASIPPHT-7灰尘分布SS表面1.9SS0.5SS(Li限制器旁)1.2-0.1-0.1ICRF加热-0.5极向-0.4SS-0.3SS-0.20.3内衬间隙3LimiterLHW侧0.6收集方式：干泵+过滤器单点收集面积：约50cm2单点收集时间：3分钟抽气单位：mg共收集到7.5mgASIPPEAST灰尘分布321.2收集方式：干泵+过滤器+板刷单点收集面积：约100cm2单点收集时间：5-10分钟抽气单位：mg共收集到212.4mg水中：17.14gB内抽管道3.2J快控48.7表面5侧面7.6PG侧面45.4ICRF加热3.1ICRF清洗53.2GDC电极37.6LHW天线2.4Limiter注：收集时装置浸水，误差很大，数据仅能做定性分析ASIPPEAST/HT-7中灰尘的基本特征位置分布•不均匀分布•多：装置底部（内衬间隙、石墨瓦间缝隙、）、低场侧SQL等离子体阴影区（限制器两侧、GDC电极、ICRF清洗天线、快控线圈盒（EAST）表面及附近）；窗口、管道内灰尘也较多•少：装置顶部、第一壁石墨表面总量EAST2019：4.05g，南边部分EAST2009：17.35g抽气收集：212.4mg，平均约：0.177mg/cm2水中：17.14gHT-72009：110.2mg抽气收集：7.5mg，平均：0.013mg/cm2其他：102.7mgEAST远多于HT-7：装置尺寸、第一壁材料、运行参数、磁场位型、收集方式等尺度分布20微米以下占主导，平均尺度与位置有关：较大：等离子体阴影区（如限制器两侧、内衬间隙、石墨瓦间隙），约50微米，且50-100微米的灰尘众多较少：天线表面、第一壁表面，1-10微米之间HT-72009年夏季运行期后不锈钢内衬表面收集到的灰尘的尺度分布ASIPPEAST中灰尘产生跟等离子体放电之间关系的研究研究方法•EASTScope+CCD+EASTViewer统计分析•EAST2009春季实验•共放电5188次（shot9454-14641），共统计353shots，占总放电次数的6.8%•本节灰尘专指能通过CCD看到的灰尘（亮点）ASIPP放电不同阶段灰尘的产生Shot11966：PLHI=700kW，Ip=255kA，nel=1.32E+19/m3，length=7.6s，位型：限制器-单零结论1：灰尘较多的阶段：电流爬升、电流下降、刚进入平顶阶段灰尘较少的阶段：平顶中后期1s2.8s5.4s7.2sASIPP放电不同阶段灰尘的产生结论2：位型的影响稳定位型下灰尘较少：稳定的限制器、偏滤器、拉长位型不稳定的位型下灰尘较多：位型变化较大，限制器向偏滤器位型过渡稳定的限制器位型下灰尘的产生多于稳定的偏滤器位型0.6s1s2.8s5.4s7.2s1.6sASIPP灰尘产生与Ip的关系520kA390kA270kA120kA150kA24kAASIPP灰尘产生与LHCD的关系未发现PLHI功率对灰尘的产生存在明显影响11970：偏滤器，256kA，nel=1.54，LHCD=1MW，加波时间3.6-7.5s，正常放电，7.6s3.6s投入4.9s维持稳定7.5s退出3.6s4.9s7.5sASIPP长脉冲下灰尘的产生放电后期（25s)灰尘产生明显Shot13329：Ip=235kA，nel=1.5x1019/m2，PLHI=800kW，33s1.4s3.0s27s31s29sASIPP灰尘的产生位置分布极向分布不均匀(与位型、限制器位置有关）121700.6s140370.6s140461.1s131203.5sASIPP腐蚀&沉积&灰尘之间的关系研究ErosionDustDeposits表面生长剥落ASIPP腐蚀&沉积&灰尘之间的关系研究研究方法实验后照相及样品分析已取得的结果•腐蚀与沉积区域分布：净腐蚀主要发生在高场侧及限制器表面，净沉积主要发生在低场侧、偏滤器或内衬底部•在多数石墨瓦或内衬表面，腐蚀与沉积区域同时存在，表明腐蚀与沉积过程可同时发生•腐蚀/沉积强度具有很强的方向性净腐蚀区域净沉积区域ASIPPEAST/HT-7中灰尘的基本特征氢的滞留（EAST2019运行期后的灰尘）沉积层样品：石墨瓦上典型的沉积层：5mmx5mmx2mm灰尘样品：164.6mgD的滞留分析(TDS)：•温度:25-1000℃，温度增速0.5℃/s；TDS抽速:60l/s•D的总滞留量估计：1)灰尘：约7.6×1018atoms/g，4.05g灰尘中共有3.8×1019atoms2)沉积层：约7.8×1020atoms/m2，估计总量为2.34×1022atoms在750℃处灰尘样品跟沉积层样品D的释放均出现峰值，灰尘在300℃和600℃处也出现了峰值，估计D的最佳热解吸温度在750℃左右。ASIPP腐蚀&沉积&灰尘之间的关系研究EAST2009样品实验2.370m18.2cm活动限制器IpB离子侧电子侧下上前离子侧电子侧Ip经过约6天，807炮，有效771炮放电ASIPP腐蚀&沉积&灰尘之间的关系研究沉积膜腐蚀灰尘ASIPP腐蚀&沉积&灰尘之间的关系研究沉积膜的主要成分为C、B、Fe、O，与灰尘成分相似ASIPP腐蚀&沉积&灰尘之间的关系研究沉积膜灰尘非常一致的成分类似的形状灰尘沉积膜证实成分分析证实腐蚀、沉积及灰尘产生之间存在相互转化ASIPPHT-7气凝胶高能灰尘抓取•气凝胶密度：0.25g/cm3•离等离子体20mm•收集时间：10s---10炮•面向离子侧HT-72019运行期ASIPP实验条件Ip=130kA，ne=1.5x1019/m3，Bt=1.8T，PLHCD=300-420KW,Length=1s，Twall=30℃共接受了10次放电，10sHT-7气凝胶高能灰尘抓取ASIPPHT-7气凝胶高能灰尘抓取•收集到6个灰尘粒子•表面27个圆锥形弹坑，平均半径：479微米，平均深度：420微米，平均体积：2.2x10-4cm3•轨迹为弹坑ASIPPHT-7气凝胶高能灰尘抓取•被打出的气凝胶体积约为入射灰尘粒子体积的50倍，质量约为5倍ASIPP存在的问题实验数据基本上已较完善，目前对灰尘的研究只停留在定性分析阶段，需要对现有现象作进一步的物理分析。ASIPP下一步的计划灰尘氧化清除技术的研究热壁氧化：研究不同烘烤温度、不同氧气环境、不同氧化时长下氧化清除技术对灰尘中C、H粒子的清除率GDC-氧化：研究不同O-GDC下灰尘氧化的清除效率（选做）HT-7中抓取灰尘的气凝胶的进一步分析ASIPP发表论文情况唐明,胡建生,G.Morfill，等，EAST/HT-7托卡马克装置灰尘研究初步结果，中国物理学会2009秋季会议M.TANG,J.SHU,N.ASHIKAWA,etal,DustcollectedfromEASTsuperconductingtokamakwithfullcarbonwallsafter2019campaign，FusionEngineeringandDesign,submitted.J.S.Hu,M.Tang,G.Morfill,et,DustStudyinEASTandHT-7Tokamak,19thInternationalConferenceonPlasmaSurfaceInteractions,submitted.谢谢！