射频等离子体原位恢复第一镜反射率关键技术及机理研究

First mirror (FM) in-situ cleaning is vitally important to actively recover the FM reflectivity, prolong the FM lifetime and guarantee the accurate and effectiveness of the relative diagnostic signals. Because of lacking the research results about the FM reflectivity recovery in a tokamak environment both at home and abroad, this application plans to carry out the in-situ FM contaminated layer cleaning experiments using radio frequency (RF) plasma cleaning technique on materials and plasma evaluation system (MAPES) in the EAST tokamak which has the similar structure and function with ITER, and investigate the influence of the RF plasma parameters on the FM reflectivity recovery in a tokamak environment. Then, this application also performs numerical modeling of the experiment results using Monte Carlo ERO in order to clarify the mechanism of in-situ FM reflectivity recovery by RF plasma and optimize the parameters of the RF plasma used to in-situ recover the FM reflecitivity. This study will provide scientific basis and data accumulation for the in-situ FM reflectivity recovery of ITER optical diagnostic systems.

第一镜原位清洗对于主动恢复第一镜反射率，延长第一镜使用寿命并保证相关光学诊断信号的有效性及可靠性至关重要。本申请针对国内外第一镜反射率恢复研究缺乏托卡马克原位环境下的结果，拟采用射频等离子体清洗技术，在与ITER结构和功能基本相似的EAST托卡马克装置中，利用材料与等离子体评估平台，开展射频等离子体原位清洗第一镜表面沉积层实验，研究托卡马克环境下射频等离子体参数对第一镜反射率恢复的影响；并采用蒙特卡罗程序ERO对实验结果进行模拟，阐明射频等离子体原位恢复第一镜反射率的机理，优化射频等离子体原位恢复第一镜反射率工艺参数。本项研究可为ITER光学诊断第一镜反射率原位恢复提供科学依据和数据积累。

第一镜是光学诊断系统最重要的部件之一，其反射率直接影响光学诊断信号的准确性和有效性，托卡马克恶劣的辐照环境可导致第一镜表面出现沉积层，降低第一镜反射率。因此必须发展第一镜表面沉积层原位清洗技术，主动恢复第一镜反射率。EAST装置及其H窗口的MAPES平台与诊断系统为研究第一镜原位清洗相关问题提供了一个重要的实验平台。本项目首先研制了射频等离子体靶头系统，并在EAST装置MAPES平台上搭建了国际上首套射频等离子体原位清洗系统，借助该系统在国际上率先开展了不同磁场方向和大小条件下第一镜原位清洗实验，系统地研究了磁场方向和大小对第一镜自偏压和反射率原位恢复的影响，理解了射频等离子体作用下第一镜反射率恢复机理，优化原位环境下射频等离子体恢复第一镜反射率工艺参数。项目按原计划完成，也达到了预期的研究目标，研究成果对ITER以及未来的聚变堆第一镜反射率原位恢复系统的设计和运行具有重要参考价值。