《托卡馬克鎢雜質極紫外波段光譜診斷的關鍵技術問題》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張凌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：托卡馬克鎢雜質極紫外波段光譜診斷的關鍵技術問題
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張凌
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鎢將作為電漿面對材料用於ITER偏濾器，同時它也是今後聚變反應堆第一壁的首選材料。2014年EAST托卡馬克運行在上鎢偏濾器條件下，已經遇到鎢雜質聚芯以及輻射冷卻等一系列嚴峻的問題，於是對鎢雜質濃度定量診斷的需求非常迫切。本項目擬通過極紫外（EUV）波段10-130Å範圍（包括W14+-W45+發射譜線）高解析度鎢光譜測量，藉助於復旦大學上海EBITs實驗平台進行譜線識別，利用W44+和W45+發出的線光譜的絕對強度測量，結合雜質輸運程式的電離平衡計算，對電漿中心雜質濃度進行定量診斷。其中關鍵的科學技術問題在於：（1）鎢未分解躍遷系（UTA）的解譜；（2）譜線強度的絕對測量；（3）雜質輸運程式中準確的率係數的獲得。EAST上鎢光譜的觀測和識別、鎢雜質光譜診斷技術的發展及鎢雜質行為的實驗研究對ITER在鎢偏濾器條件下的運行以及今後聚變反應堆鎢第一壁的設計具有重要的參考價值。
結題摘要
鎢由於其高濺射閾值、低濺射率及低放射性氚滯留率等優異特性將被套用到ITER裝置並成為今後聚變反應堆第一壁的首選材料。EAST上偏濾器、低雜波天線保護限制器分別於2014和2018年升級成鎢材料。在高參數運行中某些特定條件下常觀察到鎢雜質聚芯導致H-L轉換甚至破裂，因此在EAST開展鎢雜質定量診斷以及鎢雜質行為研究對實現EAST穩態長脈衝運行至關重要。本項目的主要研究內容包括：a.短波段快速極紫外光譜儀系統的研製；b.極紫外長波段空間分辨光譜儀系統的研製；c.15-420 Å範圍高譜分辨鎢光譜的觀測和識別；d.鎢光譜定量分析技術的發展；e.壁處理方式對鎢雜質源和芯部鎢雜質含量的抑制；f.鎢內部部件損傷引入的鎢雜質行為及其對電漿性能的影響；g.芯部鎢雜質行為研究；h.典型射頻波加熱下高Z雜質分布研究。重要結果和關鍵數據包括：在本項目的支持下，我們在EAST上研製了兩台高性能極紫外光譜儀系統，包括快速短波段極紫外譜儀（10-130Å，5ms/frame）以及空間分辨極紫外譜儀（30-520Å，0.08cm），結合之前研製的快速長波段極紫外譜儀（20-500Å，5ms/frame），三套譜儀用於觀測極紫外波段的鎢光譜及鎢離子分布。典型射頻波加熱下15-40Å、45-137Å及200-420Å波段鎢光譜分別來自W24+ - W33+、W24+ - W45+ 和W4+ - W7+離子，其電離態構成隨電漿電子溫度的變化而變化。結合鎢原子資料庫發展了三種鎢雜質定量診斷技術，獲得芯部鎢雜質濃度隨ELM頻率、加熱功率的變化，獲得EAST電漿鎢雜質導致H-L轉換及破裂的濃度閾值為6.0×10^{-5} - 3.0×10^{-4}，獲得典型放電中W43+、W45+鎢雜質分布。探索了利用鋰壁處理手段控制鎢雜質源以及芯部鎢雜質含量的途徑。統計得到鎢內部部件損傷主要為上偏濾器熔化和低雜波天線保護限制器濺射，2018年實驗中由於這兩種損傷帶來的芯部鎢雜質輻射造成破裂占總破裂的比例分別為15%和3%。EAST上鎢光譜的測量、鎢雜質的光譜診斷技術的完善以及鎢雜質行為的實驗研究不僅有助於實現EAST長脈衝高參數的目標，還對ITER在鎢偏濾器條件下的運行以及今後聚變反應堆（例如CFETR）鎢第一壁的設計具有重要的參考意義。
