试探粒子模型下托卡马克中逃逸电子的能量极限分析

高能量的逃逸电子轰击装置的第一壁材料会对托卡马克装置构成严重威胁.利用试探粒子模型分析了HT-7托卡马克中限制相对论逃逸电子的能量机制.     

钨在等离子体破裂时的表面损伤

在托卡马克类型的聚变装置中,面向等离子体材料在等离子体破裂过程中要承受剧烈的热负荷,这会使得面向等离子体材料表面受到严重的损伤。实验中将纯钨样品放入HT-7托卡马克的刮削层中,以研究等离子体与纯钨表面的作用。实验后发现样品表面产生了等离子体冲击痕和熔化斑痕。     

氢化非晶碳膜导电机制的探索

采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积 (ECR -CVD)方法 ,以苯为气源 ,在不同基片温度下制备了氢化非晶碳膜 (a -C :H) ,对样品进行了伏安特性测试。考察了基片温度对样品电阻率与击穿场强的影响 ,结合薄膜含氢量、SEM、Raman散射等分析手段探索了a -C :H膜的导电机制     

掺硼浓度对间歇法生长硼掺杂纳米金刚石膜的影响

采用直流热阴极等离子体化学气相沉积(直流热阴极PCVD)法,以硼酸三甲酯为硼源,通过金刚石膜的间歇式生长过程,制备硼掺杂纳米金刚石膜,研究不同的硼源流量对硼掺杂纳米金刚石膜的影响,并用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪对样品进行了表征.     

HT-7托卡马克等离子体电子热扩散系数与等离子体参数的关系

研究了HT-7托卡马克装置欧姆放电情况下电子热扩散系数χe的空间分布以及它与等离子体参数如等离子体中心弦平均密度、等离子体电流的关系。χe沿等离子体小半径的分布是逐渐增大,中心最低χe在等离体1／2小半径处的数值随等离子体的中心弦平均密度增大而降低,随等离子体电流的增大而增大。且硼化后的值比硅化后的值稍小一些。χe比INTOR定标小很多,但与欧姆放电情况下的Merezhkin定标以及Coppi-Mazzucato定标数值差不多。     

HT－7超导托卡马克电流调制抑制破裂不稳定性的实验研究

HT-7超导托卡马克上的实验观察到,通过对等离子体环向电流的交流调制(即振荡通量电流驱动)的方法,可有效抑制撕裂模不稳定性,从而抑制大破裂。环向电流的交流调制也可减轻等离子体与壁的相互作用,减少杂质辐射,延长托卡马克等离子体放电时间。HT-7超导托卡马克上的实验发现,用等离子体环向电流的交流调制的方法,有效抑制MHD、推迟或避免大破裂的阈值是：当等离子体电流的交流调制幅值与等离子体电流的比值为10％～30％时有明显的抑制效果,小于10％时无抑制效果,大干35％会影响等离子体的稳定性。     

基于卷积神经网络的第一镜表面杂质沉积状态识别研究

第一镜是托卡马克光学诊断系统最重要的光学元件之一,强烈的等离子体与壁相互作用导致第一镜表面出现的杂质沉积会严重影响第一镜反射率和相关光学诊断系统的准确性和有效性,因此准确判别第一镜表面杂质沉积状态对于实时获取并采取有效手段恢复第一镜反射率至关重要.文中采用非平衡磁控溅射等离子体方法制备纳米晶钼材料第一镜,在此基础上利用电子束蒸发镀膜方法在其表面沉积氧化铝非晶涂层,利用分光光度计测得有、无氧化铝沉积膜的钼第一镜全反射率,并通过数据增强方法对原始数据集进行数据扩充,结合卷积神经网络对杂质沉积第一镜的全反射率数据集进行识别、分类.结果表明,当卷积神经网络模型迭代次数为50时,模型分类准确性达到最佳状态,并在包含均值为0,方差为1高斯噪声的数据集中验证了一维卷积神经网络的抗噪能力.最终实现有、无氧化铝沉积膜的钼第一镜分类,正确率达到98.85%,这为在封闭托卡马克环境下的第一镜表面原位清洗与杂质沉积状态识别提供了一种可能的新方法.     

壁处理对HT-7托卡马克欧姆放电时自举电流的影响

分析了HT-7托卡马克壁处理前后欧姆放电时的自举电流占总等离子体电流比例的变化情况.壁处理以后,等离子体的密度分布变宽,等离子体压力梯度在边界较大,边界的电子温度比壁处理前高,从而碰撞频率降低,使得自举电流成份比例从壁处理前的小于5%增大到百分之十几.这一变化解释了壁处理后稳态放电时,等离子体电流可以轻松放大且等离子体电流分布变宽的现象.     

掺硼金刚石膜电极电化学特性的研究

采用直流热阴极CVD法制备掺硼金刚石膜.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品进行了表征,利用电化学循环伏安法测试了掺硼金刚石膜电极的电化学特性.结果表明,该方法制备的掺硼金刚石膜电极有宽的电势窗口、很高的析氧电位和良好的稳定性.     

离子轰击碳膜凸起形成碳纳米尖端的理论分析

用CH4、NH3和H2为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积系统在沉积有碳膜的Si上制备了碳纳米尖端.用原子力显微镜表征了碳膜,结果表明碳膜是凸凹不平的膜,有许多凸起.在生长碳纳米尖端的过程中,由于既有含碳离子在凸起上的沉积,又有氢离子和含氮离子对凸起的刻蚀,根据有关离子沉积和溅射刻蚀的理论,理论分析了离子轰击碳膜凸起碳纳米尖端的形成.     

EAST托卡马克等离子体电流和位形演化的数值模拟

EAST托卡马克是世界上第一台全超导托卡马克装置.文章利用普林斯顿大学开发的著名托卡马克模拟程序对EAST的首轮放电中等离子体电流和位形的控制进行了数值模拟,获得的结果与实验吻合得很好,说明控制系统的稳定性.同时模拟结果对EAST今后开展等离子体平衡和控制系统设计有重要的参考价值.     

EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展

开发安全、清洁的核聚变能,最终解决人类能源危机是聚变科学与技术研究的终极目标. 21世纪初启动建设的国际热核聚变实验堆(ITER)项目,促使聚变能开发朝商业应用迈进了一大步.具有ITER类似结构的托卡马克(Tokamak)磁约束聚变装置开展的等离子体放电实验,成为了现阶段聚变能开发研究的焦点.中国科学院等离子体物理研究所自主设计、建造的全超导托卡马克EAST,面向未来聚变反应堆关键的工程与物理问题开展了大量的探索研究.其中,在关于聚变反应堆能否经济实用地投入商用发电的高约束稳态运行实验研究方面,取得了一系列重大突破.继2012年实现400 s低约束模长脉冲运行、验证系统长脉冲运行能力之后, 2017年EAST又刷新了高约束模等离子体放电运行时间的世界纪录,成为首个具备100 s量级高约束模准稳态运行能力的托卡马克装置,并且首次触及到了磁约束聚变等离子体中最长的时间尺度——粒子平衡时间.为面向反应堆燃烧等离子体第一壁高热负荷承载,高约束边界局域模抑制以及长时间稳态运行控制的工程与物理问题的开拓研究,提供了国际磁约束聚变界最好的实验平台.现已在EAST上开展了钨铜水冷偏滤器、锂化第一壁、射频波电流驱动、弹丸注入、精确磁面位形控制、边界局域模和高热负荷缓解等一系列相关实验,并取得了重要的研究进展.     

硼掺杂对碳纳米管形貌和结构的影响

以Fe3O4纳米粒子为催化剂,CH4,B2H6和H2为气源,采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR CVD)在多孔硅基底上制备出了掺硼碳纳米管薄膜·使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线谱(EDX)和X射线光电子谱(XPS)对样品的形貌、结构及组分进行表征·结果表明:通入B2H6后,纳米管的形貌和结构均发生了变化·生长气氛中硼的存在使得高取向性密集碳纳米管转变为较为分散且取向性很差的纳米管·从中空结构转变为类竹节结构,同时多壁管外径增大,管壁增厚,表面变得粗糙,并导致纳米管的生长速度降低,长度减小·     

KSTAR装置逃逸电子同步辐射功率谱的研究

电子逃逸是托卡马克等离子体中一种普遍的现象.对逃逸电子的监测是保护装置第一壁材料的基础.托卡马克上等离子体芯部逃逸电子发射的同步辐射是利用红外相机测量,但是红外相机的光路成本高,相机本身也比较昂贵.通过分析KSTAR装置逃逸电子的同步辐射功率谱,研究了逃逸电子同步辐射波长与能量的关系,拟发展新型的逃逸电子诊断系统.     

低维硼碳纳米材料第一原理研究

介绍了近年来关于低维硼碳纳米材料结构和电子性质的研究工作.通过第一原理计算,从理论上预言了稳定的低维硼纳米结构,并系统研究了以稳定硼平面为基础的硼纳米管和硼纳米带的电子性质.对于硼碳复合纳米材料,以BC3,BC5和BC7有序结构的平面为基础,发现对其剪裁、氢化修饰之后,硼碳纳米结构具有丰富的电磁学性质,可能在未来电子学器件中得到广泛的应用.     

离子轰击碳膜诱导碳纳米尖端的形成和生长

用CH4、NH3和H2为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积系统在沉积有碳膜的Si上制备了碳纳米尖端.用扫描电子显微镜、原子力显微镜和Raman光谱表征了碳膜的结构,以及用扫描电子显微镜和X射线光电子谱表征了碳纳米尖端的结构,结果表明碳膜是凸凹不平的非晶碳膜,碳纳米尖端是由sp2结构的碳组成.根据有关离子的溅射和沉积机制,分析了离子轰击碳膜诱导碳纳米尖端的形成和生长.     

磁约束核聚变装置等离子体与壁相互作用研究简述

可控聚变能具有安全、清洁、燃料丰富等优点,是解决人类未来能源问题的主要选择之一.在磁约束核聚变装置中,来自高温等离子体的强热流、强粒子流与直接面对等离子体的器壁之间产生的强烈相互作用,不仅会导致第一壁损伤,产生杂质,污染等离子体,引起等离子体能量辐射损失与等离子体约束性能降低,同时滞留在壁上的燃料粒子再循环直接影响等离子体密度控制.稳态控制等离子体与壁相互作用对于实现长脉冲高参数的等离子体至关重要,其主要研究内容包括面对等离子体壁材料的选择及其表面处理以控制燃料粒子再循环与杂质产生,控制来自等离子体的强粒子流和热流以减少壁材料损伤,以及发展高效冷却结构以快速移除沉积在壁上的高热负载等.经过数十年发展,特别在我国EAST超导托卡马克上,研究了石墨、钨、铍、钼等壁材料与结构,发展了壁表面清洗与涂覆改性技术,提出了多种控制等离子体热流的先进方法,初步开展了流动液态金属壁的研究,取得了重要进展,有效控制等离子体与壁相互作用,促进了长脉冲高参数等离子体的实现与性能提高.针对具有更高热负荷、更长脉冲以及高能量中子辐照等特点的长时间不间断运行的未来聚变堆,等离子体与壁相互作用稳态控制仍然面临严峻挑战...     

EAST高功率NBI下H模放电的初步研究

中性束注入(neutral beam injection,NBI)是加热等离子体、改善等离子体约束性能的一种有效途径。文章对先进超导托卡马克实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)高功率NBI下H模放电进行了初步实验研究,从等离子体密度、等离子体储能、温度、辐射、D_α信号的爆发等方面分析了等离子体在NBI下进入H模放电的性能改善,同时利用NUBEAM程序对高功率NBI注入能量输运方面进行了初步分析。     

快速热退火对a-Si:H/SiO2多层膜光致发光的影响

采用在等离子体增强化学气相沉积(PFCVD)系统中沉积a-Si：H和原位等离子体逐层氧化的方法制备a-Si：H／SO2多层膜．用快速热退火对a-Si：H／SiO2多层膜进行处理，制备nc—Si/SiO2多层膜，研究了这种方法对a-Si：H／SiO2多层膜发光特性的影响．研究发现对a-Si：H／SiO2多层膜作快速热退火处理，可获得位于绿光和红光两个波段的发光峰．研究了不同退火条件下发光峰的变化．通过对样品的TEM、Raman散射谱和红外吸收谱的分析，探讨了a-Si：H／SiO2多层膜在不同退火温度下的光致发光机理．     

砷离子束感生铂硅化物的形成

本文研究了砷离子感生硅化铂的形成与生长动力学.用150keV的砷离子束轰击在P型、(111)单晶硅上淀积一层铂的薄膜的样品.在铂膜与单晶硅界面附近观察到铂与硅两类原子的混合层.用RBS方法研究混合层的厚度与砷离子的剂量和能量,以及与轰击时样品温度的依赖关系.用X射线衍射测量确认混合层的物相.实验结果说明,样品中存在的杂质如氧及氩将会影响硅化铂的形成与生长.