基于原位激光诊断技术的EAST金属壁表面氢同位素滞留行为研究

A large amount of hydrogen isotopes which retained on the wall not only affects fusion reactor normal discharge, but also threats the safety of the device. How to effectively monitor the hydrogen isotopes retention will be a key issues for EAST and future fusion devices when operated in the long-pulse, high-power regime. Laser-based diagnostics of LIBS and LIAS in situ and at long detection distance monitor the hydrogen isotopes retention on the first wall during the tokamak plasma discharge and between the discharges. To meet the problem of deuterium retention on the wall which will seriously affect EAST long-pulse discharge, this project will develop the in situ LIBS and LIAS technology and method on EAST. The deuterium retention on the metal wall during the discharge and between discharges will be investigated, and the distribution of deuterium retention on the first wall will be quantitative and semi-quantitative analyzed as well. These results will supply the retention information to EAST, and further more to provide data for proposing an effective method to control the hydrogen isotope retention for the device. All the results will provide valuable experience for ITER and CFETR.

作为燃料的氢同位素大量滞留不仅影响聚变装置的正常放电，还会对装置的安全造成威胁。如何有效监测装置中氢同位素滞留将是EAST和未来聚变装置开展长脉冲高参数核聚变实验必须解决的关键问题。基于原位激光技术的光谱诊断方法LIAS和LIBS技术能够在放电过程中和放电间隙定量远程监测第一壁表面氢同位素的滞留情况。本项目针对大量氘滞留影响EAST装置长脉冲放电的问题，依托EAST装置发展远程原位LIAS和LIBS诊断技术和方法，在放电过程中和放电间隙开展金属壁条件下第一壁材料表面氘滞留的原位研究，对氘在第一壁表面的滞留分布进行定量/半定量分析，为EAST稳定运行提供壁滞留信息，进而为提出有效控制氢同位素滞留的方法提供依据，同时也为国际热核实验聚变堆和中国聚变工程实验堆提供有价值的参考。

聚变装置中大量燃料（氢同位素）的滞留不仅影响装置正常运行，还直接影响聚变装置运行的经济性和安全性。如何对滞留在第一壁中的燃料进行原位监测和评估，并提出有效控制氢同位素滞留方法，将是保障聚变装置长脉冲高参数运行的关键。本项目基于原位激光技术的光谱诊断方法，利用原位激光诱导烧融光谱LIAS系统开展EAST等离子体放电过程中第一壁不同材料表面氘滞留的动态变化行为研究，获得了放电过程中不同等离子体条件下第一壁材料表面氘动态滞留行为。利用原位激光诱导击穿光谱LIBS诊断系统开展EAST等离子体放电间隙第一壁表面氘滞留实验研究，获得不同壁处理方法和等离子体放电参数对第一壁材料表面氘滞留影响。完成了实验室LIBS系统的建设，并对装置内不同位置瓦块进行事后测量，结合事后分析手段定量/半定量获得第一壁表面氘滞留。相关实验结果为实现EAST高参数、长脉冲安全稳态运行提供可靠的壁滞留数据并提出有效控制方法，为国际热核实验聚变堆（ITER）和中国聚变工程实验堆（CFETR）提供宝贵的实践经验。