托卡马克装置中采用锂第一壁改善等离子体行为的研究

在HT-7超导托卡马克装置和具有D形截面的EAST全超导大型托卡马克装置中开展锂作为等离子体第一壁材料和锂化壁处理的研究，在长脉冲条件下，降低粒子再循环，控制等离子体密度和边界杂质流，改善等离子体约束，对获得高品质的等离子体具有非常重要意义；尤其是在具有大型D形截面的EAST全超导托卡马克装置上开展锂化壁处理，以降低从低约束模到高约束模的能量阈值，对促进EAST装置对获得高约束模等离子体的获得及实现高参数长脉冲稳态等离子体都尤为重要；为未来磁约束聚变装置中等离子体边界材料的选择提供新的研究途径，具有很强的前瞻性。本项目将在2009年HT-7超导托卡马克锂活动限制器和EAST装置锂化壁处理前期实验基础上，优化液态锂限制器结构和改进壁处理方法，深入开展进行液态锂第一壁和锂化壁处理研究，研究锂第一壁和锂化壁处理对杂质抑制和改善粒子再循环的作用，提高等离子体约束能力。

在EAST装置上，通过锂化壁处理，氢再循环及氢含量有效地降低（降到~3%）,杂质得到抑制，等离子体性能提高，降低了L-H转换的功率阈值，首次获得H模，同时为EAST装置上获得30sH模及400s长脉冲的骄人成绩提供了良好的壁条件。首次在EAST装置上通过锂球注入实现了ELMs的触发，这将有助于长脉冲H模实验的开展。在HT-7装置上，两种概念的流动的液态锂限制器被成功应用。实验证明，流动的液态锂限制器有助于提高等离子体性能。同时实验也发现了，液态锂对限制器基底材料的浸润性能应该被提高，导致等离子体破裂的锂的发射应该被抑制。锂的发射能够通过应用CPS结构或应用均匀流动的薄膜流动的液态锂抑制。基于HT-7成功的液态锂限制器实验，一种流动的EAST液态锂限制器正在开展前期的设计加工，预计将获得很好的实验结果。通过该项目的开展，证明锂是一种非常重要的未来核聚变材料。它能够用来作为壁处理物质，能够触发ELMs，同时流动的液态锂壁能够实现损坏壁的自我修复。锂为未来磁约束聚变装置中等离子体边界材料的选择提供新的研究途径，具有很强的前瞻性。