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1、第27卷第10期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.27No.102004年10月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYOct.2004钨在等离子体破裂时的表面损伤1122李强,何晓雄,黄群英,吴宜灿(1.合肥工业大学理学院,安徽合肥230009;2.中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥230031)摘要: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
2、离子体冲击痕和熔化斑痕。关键词:HT-7托卡马克;等离子体;纯钨表面损伤中图分类号:O532.2文献标识码:A文章编号:1003-5060(2004)10-1181-03Surfacedamageoftungstenduringplasmadisruption1122LIQiang,HEXiao-xiong,HUANGQun-ying,WUYi-can(1.SchoolofSciences,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;2.InstituteofPlasmaPhysics,ChineseAcademyofSci-
3、ences,Hefei230031,China)Abstract:Thesurfaceofplasmafacingmaterialsintokamak-typefusionreactorsmaybedamagedseverelyduetotheintenseheatloadsduringplasmadisruptions.Inthepaper,anexperimentismadetoinvestigatethesurfacedamageoftungstenduringaplasmadisruption.Intheexperiment,samplesofpuretungste
4、nwereplacedinthescrape-offlayerofHT-7tokamaktostudytheinteractionbetweenplasmaandthesurfaceofsamples.Analysisresultsbyscanningelectronmicroscopyshowthatplasmaimpactingtracesandmeltingtraceswerefoundinthesurfaceofsamples.Keywords:HT-7tokamak;plasma;surfacedamageofpuretungsten0引言钨作为金属面向等离子体材
5、料,当托卡马克中等离子体运行不稳定而产生高能量沉积时,其表面可[1,2]能产生熔化而导致蒸发和溅射。对于大面积使用钨材料的托卡马克来说,这可能严重影响等离子体[3,4]的运行质量。在HT-7托卡马克的2003年春季运行期间,将纯钨样品放置于真空室的刮削层内,经过802次总时间约为1200s的等离子体辐照实验后,取出样品进行表面形貌分析。扫描电镜(XL30ESEM)观察结果显示,经等离子体辐照后样品表面产生了等离子体冲击痕和表面熔化等现象。收稿日期:2003-12-12;修改日期:2004-02-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(10375067)作者简介:李强(197
6、7-),男,安徽定远人,合肥工业大学硕士生;何晓雄(1956—),男,安徽宿松人,合肥工业大学教授,博士生导师;黄群英(1964-),女,陕西宝鸡人,中国科学院等离子体物理研究所研究员,硕士生导师;吴宜灿(1964-),男,安徽宿松人,中国科学院等离子体物理研究所研究员,博士生导师.1182合肥工业大学学报(自然科学版)第27卷1辐照实验将纯度为99.99%的钨加工成尺寸为15mm×7mm×1.5mm的样品,经研磨并镜面抛光后用乙醇清洗,再放入丙酮溶液中超声清洗,最后经热空气烘干后安装在样品架上。HT-7是中等尺寸带限制器位形的超导托卡马克装置,大半经R=1.22m,小半径
7、a=0.27m,真空室-5真空度为10Pa。样品架被真空磁力传送机构送至等离子体刮削层,上半面距离等离子体中心r=290mm(1号位置),下半面距离等离子体中心r=300mm(2号位置),样品表面与环向平行,直接面向等离子体。样品被辐照802炮,其中破裂200炮,平均每炮放电时间f=1500ms。辐照期间,HT-7装置中1号位置处的18-324-2-122电子温度、电子密度、离子通量和电子通量分别为22eV、1.2×10m、3.87×10ms和6.80×10-2-118-324-2-122-2ms;2号位置处的上述
