【摘要】：聚變能是一種取之不盡的清潔能源,磁約束核聚變是其主要的研究形式,而托克馬克是當(dāng)前最有前景的實現(xiàn)方式。在托卡馬克放電真空室運(yùn)行的過程中,來自于第一壁的雜質(zhì)會導(dǎo)致能量輻射并降低等離子體品質(zhì),過高的雜質(zhì)濃度還會引起等離子體啟動困難、等離子體破裂等嚴(yán)重問題,營造超高真空環(huán)境可以降低雜質(zhì)對等離子體的影響。同時由于托卡馬克運(yùn)行要求,需要將大量未反應(yīng)的具有放射性的燃料抽離真空室,考慮到經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境影響,必須將排灰氣中的燃料氣體分離、提純、回收并且再次利用。本論文針對以上關(guān)鍵問題,在EAST超導(dǎo)托卡馬克裝置上深入開展了清除雜質(zhì)、提高極限真空、分析排灰氣成分的實驗研究。本論文深入分析了 2015年下半年EAST物理實驗前的真空處理過程。在完成裝置真空預(yù)處理之后,對真空室進(jìn)行了 745小時約200度烘烤,同時交替進(jìn)行了 158.5小時的He輝光和52.5小時D2輝光壁處理,真空室的極限真空由壁處理前的1.1×10-4Pa提高到1.8×10-6Pa。在此期間共清除水131.6g、H231.4g,其中單獨(dú)烘烤期間對水的清除量達(dá)到86.62 g,占到總清除水量的65.82%,輝光期間清除的氫氣達(dá)到30.2 g,占到總清除氫的96.18%。研究還發(fā)現(xiàn)烘烤對H的清除效率為(7.2～94.0)×1014atom/m2.s,He輝光為(1.8～5.2)×1017atom/m2.s,D2輝光為(4.1～13.0)×1017 atom/m2.s。對壁處理的探索與總結(jié)有利于提高壁處理效率,縮短實驗準(zhǔn)備時間,并為未來超導(dǎo)托卡馬克裝置的超高真空的運(yùn)行提供參考。鋰化是EAST常規(guī)的壁處理方法,但在鋰化壁條件下內(nèi)真空室的水泄漏會引起鋰涂層脫落和雜質(zhì)爆發(fā)等嚴(yán)重問題。EAST 2016年冬季實驗期間,真空室鋰化壁條件下發(fā)生了一次水泄漏,通過真空快速監(jiān)測及檢漏,及時將泄漏的水路排水并抽真空,在水泄漏發(fā)生后5小時內(nèi)完成故障處理。通過對后續(xù)的等離子體放電運(yùn)行及壁處理等數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),鋰化壁條件下水泄漏后產(chǎn)生的主要雜質(zhì)成分是氫和氧,進(jìn)而導(dǎo)致等離子體輻射升高、密度難以維持等嚴(yán)重問題。7.5小時的He-ICRF放電清洗(20kW,0.05Pa)和1.5小時的鋰化涂層壁處理(～15g)能夠有效地恢復(fù)真空和壁條件(共清除了0.192gH2),壁處理之后真空室的雜質(zhì)成分基本恢復(fù)到水泄漏之前的水平,等離子體運(yùn)行也逐漸恢復(fù)正常。該研究結(jié)果為未來托克馬克類似事件的處理提供了重要的參考。為了深入研究真空系統(tǒng)排出的燃料氣體成分,用于燃料氣體的回收利用,本論文介紹了一套可用于定量分析EAST托卡馬克排灰氣所需要的排灰氣成分分析系統(tǒng)的設(shè)計和搭建,該系統(tǒng)具備流導(dǎo)連續(xù)可調(diào)、能夠在(105-10-3 Pa)范圍內(nèi)正常工作。利用該系統(tǒng)研究了 EAST排灰氣的氣體成分,結(jié)果顯示EAST正常等離子體的一天放電中,外置低溫泵所吸附的總氣體量約為1372.1Pa.m3,其中氫及其同位素占91.5%;實驗還發(fā)現(xiàn)外置低溫泵回溫再生到69K時,再生氣體中只有燃料氣體H+D釋放,而其他雜質(zhì)的解吸主要發(fā)生在150K之后。因此在此基礎(chǔ)上提出一個利用低溫冷凝的方法將排灰氣中燃料氣體提純并收集的初步方案。該研究結(jié)果對進(jìn)一步實現(xiàn)燃料氣體提純和回收提供了一種簡單、可行的方法。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL631.24

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 萬寶年;徐國盛;;EAST超導(dǎo)托卡馬克[J];科學(xué)通報;2015年23期

2 熊亮萍;胡勝;侯京偉;龔宇;;等離子體排灰氣處理技術(shù)研究進(jìn)展[J];強(qiáng)激光與粒子束;2015年01期

3 淡新國;黃先明;郭讓民;侯軍濤;丁旭;;聚變堆中面向等離子體的鉬板材制備工藝研究[J];中國鉬業(yè);2014年01期

4 張一鳴;曾麗萍;沈欣媛;張利;丁亞清;肖成馨;康衛(wèi)紅;王海;;ITER計劃與聚變能發(fā)展戰(zhàn)略[J];核聚變與等離子體物理;2013年04期

5 李加宏;胡建生;王小明;余耀偉;吳金華;陳躍;王厚銀;;EAST超導(dǎo)托卡馬克裝置真空室壁處理的研究[J];物理學(xué)報;2012年20期

6 孫震;胡建生;左桂忠;李建剛;陳躍;李加宏;王厚銀;吳金華;曹斌;;EAST托卡馬克鋰化技術(shù)研制[J];真空;2012年05期

7 張建民;;2005～2020年中國能源需求情景及碳排放國際比較研究[J];中國能源;2011年01期

8 李加宏;胡建生;王小明;王玲;陳躍;余耀偉;王厚銀;吳金華;左貴忠;唐明;莊會東;;EAST超導(dǎo)托卡馬克裝置真空抽氣系統(tǒng)[J];真空;2010年01期

9 周云虎;;中國的水電資源開發(fā)現(xiàn)狀及前景[J];紅水河;2009年01期

10 倪維斗;;我國的能源現(xiàn)狀與戰(zhàn)略對策[J];山西能源與節(jié)能;2008年02期

相關(guān)會議論文 前1條

1 胡慶生;姚達(dá)毛;羅廣南;謝韓;徐朝勝;李建剛;王小明;張啟勇;;EAST裝置的內(nèi)置式低溫冷凝泵系統(tǒng)[A];第六屆華東三省一市真空學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2009年

本文編號：2794724