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未来超导托卡马克ITER高功率的运行必将带来严重的等离子体与壁的相互作用,对于壁释放的杂质和壁上滞留的氚,必须进行有效的放电清洗。本论文在EAST/HT-7上系统地研究了直流辉光放电、电子回旋共振和离子回旋共振放电清洗的物理机制和实验研究,为ITER壁处理的要求提供有力的科学技术支持,并为ITER壁处理积累可靠有效的数据。
在深入调研各种壁处理方法的同时,在EAST上进行了大量的直流辉光放电清洗实验,对He、D2、Ar、N2和NH3等不同的工作气体、清洗气压以及电极和电流对杂质清除率的影响都做了深入的研究,同时研究了长时间间隔中的直流辉光清洗对等离子体性能的改善,并通过理论分析解释了直流辉光不能在强磁场下工作的因为。
对于稳态磁场下的放电清洗,首次在HT-7超导托卡马克上使用2.45 GHz射频波进行了电子回旋共振(ECR)放电清洗的实验研究,获得了环向均匀、极向上等离子体主要集中在共振带及向低场侧漂移的ECR等离子体,通过扫面纵场、改变工作气体(He和D2)和气压,调节波的注入功率,重点研究了这些清洗参数对杂质清除效果的影响。对于ECR放电清洗对等离子体性能的影响,在HT-7上进行了单纯的ECR放电清洗和ECR+GDC清洗的实验研究,结果发现D2-ECR放电清洗后由于清洗功率的局部沉积增强了杂质辐射和氘的再循环,而通过后续的He-GDC则能够明显降低杂质和再循环,提高等离子体的性能。
对于超导托卡马克中稳态磁场下的壁处理,ICRF清洗是目前被认为最有前景的清洗方法,在EAST上开展了纵场和垂直场下的ICRF放电清洗的实验研究,通过施加合适的垂直场在一定的清洗参数下,获得了在整个真空室内包括高场侧和偏滤器区域相对均匀的ICRF等离子体,并且明显提高了杂质的清除率。实验还发现过高的垂直场将使ICRF等离子体从低场侧转变为集中在高场侧,要获得均匀ICRF等离子体需要最佳的垂直场。ICRF等离子体的均匀性是它在超导托卡马克上应用的很大缺点,该问题的解决大大提高了ICRF清洗的清除率和它在未来超导托卡马克上的应用价值。