托卡马克第一镜反射率维持与恢复关键技术与机理研究

The degradation of first mirrors (FMs) reflectivity in tokamak, which is directly related to the effectiveness of various kinds of optical diagnostic signals, determines the lifetime of the FMs and the application of various conventional diagnostic systems in a large-size superconducting tokamak. The reflectivity of the FMs could be maintained by proper protections and recovered partly by active cleaning, and therefore, both of protection and cleaning are effective methods to prolong the FMs lifetime. This application proposes to carry out the deposition mitigation experiments for FMs by means of ducts protection, heating and gas puffing at EAST tokamak and its materials and plasma evaluation system (MAPES).With simulations of experimental results by the Monte Caro code ERO,the mechanism and efficiency of the FMs reflectivity maintenance by different methods will be clarified. On the other hand, experimental studies on plasma and laser cleaning of the FMs surface deposition will be performed. The parameters will be optimized and cleaning efficiencies will be compared for different methods on actively recovering the FMs reflectivity. Then, an effective method to prolong the FMs lifetime will be proposed, and applied to the various kinds of optical diagnostic systems in EAST. This study will not only provide the effective method to prolong the lifetime of FMs for national giant scientific project EAST, but also provide significant scientific basis and accumulated experiences for studying the optical diagnostic first mirrors in ITER and the future fusion devices.

托卡马克第一镜反射率的衰变直接关系到各种光学诊断信号的有效性，决定了第一镜的使用寿命与各种常规光学诊断系统能否应用在大型超导托卡马克装置中。适当防护可维持第一镜反射率，而清洗可主动恢复部分第一镜反射率，防护与清洗是提高第一镜使用寿命的有效方法。本申请拟在EAST托卡马克装置及相关材料实验平台上开展挡板防护、加热与充气对第一镜表面沉积的抑制实验，并运用蒙特卡罗程序ERO对实验结果进行模拟，阐明不同方法维持第一镜光学反射率的机理与效率；另一方面，开展等离子体及激光清洗第一镜表面沉积的实验研究，对不同清洗方法主动恢复第一镜反射率的参数进行优化，并对比清洗效率，提出延长第一镜使用寿命的有效方法，并将其应用于EAST上主要的光学诊断系统。本项研究不仅可为国家大科学工程项目EAST提供延长第一镜使用寿命的有效方法，而且可为ITER及未来聚变装置光学诊断第一镜的研究提供科学基础并积累经验。

托卡马克第一镜反射率的衰变直接关系到各种光学诊断信号的有效性，决定了第一镜使用寿命与各种常规光学诊断系统能否应用在大型超导托卡马克装置中。防护与清洗是提高第一镜使用寿命的有效方法，前者可维持第一镜反射率，后者可主动恢复部分第一镜反射率。本课题依托于EAST托卡马克装置及其材料测试平台，开展使用翼形先进型防护导管的方法来缓解沉积层在第一镜表面的形成与生长，探索不同结构导管维持第一镜光学反射率机理；另一方面，系统地开展了射频等离子体清洗第一镜实验，深入研究了镜材料、重复清洗和溅射损伤等因素对第一镜反射率恢复的影响，并将该清洗技术成功应用于EAST电荷交换复合光谱诊断第一镜。基于以上实验结果，在EAST中成功开展了等离子体原位清洗实验，发现磁场的存在可将第一镜清洗速率提高至40倍以上。本项研究不仅为国家大科学工程项目 EAST 提供延长第一镜使用寿命的有效方法，而且为 ITER 、CFETR及未来聚变堆光学诊断第一镜的研究提供科学基础并积累经验。