HTEAST中的灰尘研究.pptx

ASIPP目录目录研究意义研究意义研究目标及内容研究目标及内容已取得的进展已取得的进展存在的问题存在的问题下一步的计划下一步的计划发表论文情况发表论文情况ASIPP研究意义研究意义未来聚变装置中的灰尘对装置安全、实验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为国际托卡马克灰尘研究数据库提供实验数据数据ASIPP研究目标及内容研究目标及内容EAST/HT-7EAST/HT-7中灰尘的基本特征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灰尘的尺度、分布、成分、形状、氢的滞留等基本特征EASTEAST中灰尘产生跟等离子体放电之间关系中灰尘产生跟等离子体放电之间关系的研究的研究研究在不同等离子体放电条件下灰尘的产生规律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灰尘氧化清除技术的研究ASIPP已取得的进展已取得的进展EAST/HT-7EAST/HT-7中灰尘的基本特征中灰尘的基本特征EASTEAST中灰尘产生跟等离子体放电之间关系中灰尘产生跟等离子体放电之间关系的研究的研究腐蚀、沉积及灰尘产生之间关系的研究腐蚀、沉积及灰尘产生之间关系的研究HT-7HT-7气凝胶灰尘抓取气凝胶灰尘抓取ASIPPEAST/HT-7EAST/HT-7中灰尘的基本特征中灰尘的基本特征研究方法研究方法实验后对灰尘进行收集，利用实验后对灰尘进行收集，利用SEMSEM、EDXEDX、XRFXRF、TDSTDS进进行形貌、成分及氢的滞留分析行形貌、成分及氢的滞留分析已取得的结果已取得的结果l形貌：形貌：u形状丰富：片状、块状、条状、球状、絮状等形状丰富：片状、块状、条状、球状、絮状等uEASTEAST：片状为主，块状较多，球状很少，：片状为主，块状较多，球状很少，uHT-7HT-7：块状为主，其次为颗粒状，球状很少。：块状为主，其次为颗粒状，球状很少。l成分：成分：u主要成分基本相同：主要成分基本相同：C C、Si Si、FeFeu其他：其他：B B、CaCa、CrCr、TiTi等等ASIPPHT-7HT-7灰尘分布灰尘分布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0.6u收集方式：收集方式：干泵+过滤器u单点收集面积：单点收集面积：约50cm2u单点收集时间：单点收集时间：3分钟抽气u单位：mgu共收集到7.5mgASIPPEASTEAST灰尘分布灰尘分布321.2u收集方式：收集方式：干泵+过滤器+板刷 u单点收集面积：单点收集面积：约100cm2u单点收集时间：单点收集时间：5-10分钟抽气u单位：mgu共收集到212.4mgu水中：水中：17.14gB内抽内抽管道管道 3.2J快控快控48.7表面表面 5侧面侧面 7.6PG侧面侧面45.4ICRF加加热热3.1ICRF清清洗洗53.2GDC电电极极37.6LHW天线天线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-7EAST/HT-7中灰尘的基本特征中灰尘的基本特征位置分布位置分布不均匀分布不均匀分布多：装置底部（内衬间隙、石墨瓦间缝隙、）、低场侧多：装置底部（内衬间隙、石墨瓦间缝隙、）、低场侧SQLSQL等离子体阴影区（限制器两侧、等离子体阴影区（限制器两侧、GDCGDC电极、电极、ICRFICRF清清洗天线、快控线圈盒（洗天线、快控线圈盒（EASTEAST）表面及附近）；窗口、管）表面及附近）；窗口、管道内灰尘也较多道内灰尘也较多少：装置顶部、第一壁石墨表面少：装置顶部、第一壁石墨表面总量总量lEAST 2008EAST 2008：4.05g4.05g，南边部分，南边部分lEAST 2009 EAST 2009：17.35g17.35gp抽气收集：抽气收集：212.4mg212.4mg，平均约：，平均约：0.177mg/cm0.177mg/cm2 2p水中：水中：17.14g17.14glHT-7 2009HT-7 2009：110.2mg110.2mgp抽气收集：抽气收集：7.5mg7.5mg，平均：，平均：0.013mg/cm0.013mg/cm2 2p其他：其他：102.7mg102.7mglEASTEAST远多于远多于HT-7HT-7：装置尺寸、第一壁材料、运行参数、：装置尺寸、第一壁材料、运行参数、磁场位型、收集方式等磁场位型、收集方式等尺度分布尺度分布l2020微米以下占主导，平均尺度与位置有关：微米以下占主导，平均尺度与位置有关：p较大：等离子体阴影区（如限制器两侧、内衬间隙、较大：等离子体阴影区（如限制器两侧、内衬间隙、石墨瓦间隙），约石墨瓦间隙），约5050微米，且微米，且50-10050-100微米的灰尘众微米的灰尘众多多p较少：天线表面、第一壁表面，较少：天线表面、第一壁表面，1-101-10微米之间微米之间HT-7 2009年夏季运行期后不锈年夏季运行期后不锈钢内衬表面收集到的灰尘的尺度钢内衬表面收集到的灰尘的尺度分布分布ASIPPEASTEAST中灰尘产生跟等离子体放电中灰尘产生跟等离子体放电之间关系的研究之间关系的研究研究方法研究方法EASTScope+CCD+EASTViewerEASTScope+CCD+EASTViewer统计分析统计分析EAST 2009EAST 2009春季实验春季实验共放电共放电51885188次（次（shot 9454-14641shot 9454-14641），共统计），共统计353 shots353 shots，占总放电次数的占总放电次数的6.8%6.8%本节灰尘专指能通过本节灰尘专指能通过CCDCCD看到的灰尘（亮点）看到的灰尘（亮点）ASIPP放电不同阶段灰尘的产生Shot 11966：PLHI=700kW，Ip=255kA，nel=1.32E+19/m3，length=7.6s，位型：限制器-单零l结论1：p灰尘较多的阶段：电流爬升、电流下降、刚进入平顶阶段p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l结论2：位型的影响p稳定位型下灰尘较少：稳定的限制器、偏滤器、拉长位型p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p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Shot 13329：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）12170 0.6s14037 0.6s14046 1.1s13120 3.5sASIPP腐蚀腐蚀&沉积沉积&灰尘之间的关系研究灰尘之间的关系研究ErosionDustDeposits表面生长剥落凝聚、成膜蒸发、升华、溅射溅射、凝聚蒸发、溅射ASIPP腐蚀腐蚀&沉积沉积&灰尘之间的关系研究灰尘之间的关系研究研究方法研究方法实验后照相及样品分析实验后照相及样品分析已取得的结果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程可同时发生腐蚀腐蚀/沉积强度具有很强的方向性沉积强度具有很强的方向性净净腐腐蚀蚀区区域域净净沉沉积积区区域域ASIPPEAST/HT-7EAST/HT-7中灰尘的基本特征中灰尘的基本特征氢的滞留氢的滞留（EAST 2008EAST 2008运行期后的灰尘）运行期后的灰尘）l沉积层样品：石墨瓦上典型的沉积层：沉积层样品：石墨瓦上典型的沉积层：5mmx5mmx2mm5mmx5mmx2mml灰尘样品：灰尘样品：164.6mg164.6mgD的滞留分析的滞留分析(TDS)：温度温度:25-1000，温度增速，温度增速0.5/s；TDS抽速抽速:60 l/sD的总滞留量估计：的总滞留量估计：1)灰尘：约灰尘：约7.61018 atoms/g，4.05g灰尘中共有灰尘中共有3.81019atoms2)沉积层：约沉积层：约7.81020 atoms/m2，估计总量为估计总量为2.341022 atoms在在750处灰尘样品跟沉积层样处灰尘样品跟沉积层样品品D的释放均出现峰值，灰尘的释放均出现峰值，灰尘在在300和和600处也出现了峰处也出现了峰值，估计值，估计D的最佳热解吸温度的最佳热解吸温度在在750左右。左右。ASIPP腐蚀腐蚀&沉积沉积&灰尘之间的关系研究灰尘之间的关系研究EAST 2009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腐蚀腐蚀&沉积沉积&灰尘之间的关系研究灰尘之间的关系研究沉积膜腐蚀灰尘ASIPP腐蚀腐蚀&沉积沉积&灰尘之间的关系研究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腐蚀腐蚀&沉积沉积&灰尘之间的关系研究灰尘之间的关系研究沉积膜灰尘非常一致的成分非常一致的成分类似的形状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成分分析证实腐蚀、沉积及灰尘产生之间存在相互转化ASIPPHT-7HT-7气凝胶高能灰尘抓取气凝胶高能灰尘抓取气凝胶密度：气凝胶密度：0.25g/cm3离等离子体离等离子体20mm收集时间：收集时间：10s-10炮炮面向离子侧面向离子侧HT-7 2008HT-7 2008运行期运行期ASIPP实验条件实验条件uI Ip p=130kA=130kA，n ne e=1.5x10=1.5x101919/m/m3 3，B Bt t=1.8T=1.8T，P PLHCDLHCD=300-420KW,Length=1s=300-420KW,Length=1s，T Twallwall=30=30u共接受了共接受了1010次放电，次放电，10s10sHT-7HT-7气凝胶高能灰尘抓取气凝胶高能灰尘抓取ASIPPHT-7HT-7气凝胶高能灰尘抓取气凝胶高能灰尘抓取收集到收集到6个灰尘粒子个灰尘粒子表面表面27个圆锥形弹坑，平均半径：个圆锥形弹坑，平均半径：479微米，平均深度：微米，平均深度：420微米，平均体积：微米，平均体积：2.2x10-4cm3轨迹为弹坑轨迹为弹坑ASIPPHT-7HT-7气凝胶高能灰尘抓取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被打出的气凝胶体积约为入射灰尘粒子体积的50倍，质量倍，质量约为约为5倍倍ASIPP存在的问题存在的问题实验数据基本上已较完善，目前对灰尘的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。现象作进一步的物理分析。ASIPP下一步的计划下一步的计划灰尘氧化清除技术的研究灰尘氧化清除技术的研究l热壁氧化：研究不同烘烤温度、不同氧气环境、不同热壁氧化：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氧化时长下氧化清除技术对灰尘中C C、H H粒子的清除率粒子的清除率lGDC-GDC-氧化：研究不同氧化：研究不同O-GDCO-GDC下灰尘氧化的清除效率下灰尘氧化的清除效率（选做）（选做）lHT-7HT-7中抓取灰尘的气凝胶的进一步分析中抓取灰尘的气凝胶的进一步分析ASIPP发表论文情况发表论文情况唐明唐明,胡建生胡建生,G.Morfill,G.Morfill，等，等，EAST/HT-7EAST/HT-7托卡托卡马克装置灰尘研究初步结果马克装置灰尘研究初步结果，中国物理学会，中国物理学会20092009秋季会议秋季会议M.TANG,J.S HU,N.ASHIKAWA,et al,Dust M.TANG,J.S HU,N.ASHIKAWA,et al,Dust collected from EAST superconducting tokamak collected from EAST superconducting tokamak with full carbon walls after 2008 campaignwith full carbon walls after 2008 campaign，Fusion Engineering and Design,submitted.Fusion Engineering and Design,submitted.J.S.Hu,M.Tang,G.Morfill,et,J.S.Hu,M.Tang,G.Morfill,et,Dust Study in Dust Study in EAST and HT-7 Tokamak,19th International EAST and HT-7 Tokamak,19th International Conference on Plasma Surface Interactions,Conference on Plasma Surface Interactions,submitted.submitted.