直線等離子體發(fā)生裝置主要功能

模擬聚變堆托卡馬克邊界等離子體放電參數(shù)，研究等離子體輻照對(duì)第一壁材料的輻照損傷效應(yīng)。 2100433B

H、D、He等離子體放電，束流密度達(dá)到1022m-1s，離子能量小于150eV。

直線等離子體裝置（LPD） 主要由：等離子體源（Plasma Generator，用于產(chǎn)生等離子體）、磁約束系統(tǒng)（Magnetic Confinement，用于約束和維持直線等離子體）、真空系統(tǒng)（Vacuum Pumps，用于產(chǎn)生所需真空及真空檢測(cè)）、等離子體診斷系統(tǒng)（Diagnostics，用于測(cè)量所產(chǎn)生的等離子體參數(shù)）、以及電源和其他輔助系統(tǒng)等部分組成。各磁體可獨(dú)立調(diào)整和控制，充分滿足構(gòu)建不同磁場(chǎng)的要求，提供足夠的操控靈活性。 LPD是產(chǎn)生和維持直線段穩(wěn)態(tài)等離子體，可用各種控制和診斷手段研究等離子體的各種輸運(yùn)過程、不穩(wěn)定性和邊界物理等；也可研究等離子體與材料的相互作用的基礎(chǔ)問題，如材料的物。

等離子體密度(螺旋波天線源) 1011~1012cm-3 。（本次要求） 等離子體密度(LaB6離子源) 1012~1013cm-3 。（升級(jí)后要求） 束流密度(LaB6離子源，樣品臺(tái)中心直徑1 cm內(nèi)) ？1？1022m-2s-1 工作氣壓~0.1Pa時(shí)，本底真空度<10-6Pa 輸運(yùn)真空室長(zhǎng)度2000mm，真空室內(nèi)徑＝300mm 軸向磁場(chǎng)（直徑ф=0.5Φ內(nèi)）>2000G，磁場(chǎng)軸向均勻度（中間1m范圍）≈5%，磁場(chǎng)徑向均勻度（直徑ф=0.5Φ內(nèi)）≈5% 導(dǎo)線采用水冷銅導(dǎo)線，每線圈采用一根導(dǎo)線繞制而成；線圈內(nèi)徑：Φ？410mm 束流密度(LaB6離子源，樣品臺(tái)中心直徑1 cm內(nèi)) ？1？1022m-2s-1 LaB6等離子體源采用鎢絲加熱元件，低壓電流≈100A，加熱時(shí)LaB6陰極溫度需至1600°C左右，充入工作氣體到0.1？1Pa時(shí)，陰極與周圍陽極間發(fā)生電弧放電產(chǎn)生等離子體，弧電壓小于100V，電流安培量級(jí) 線圈用電源10臺(tái)，每臺(tái)10KW。 射頻螺旋波天線電源一臺(tái)，功率500？3000W可調(diào)。 樣品臺(tái)電源1臺(tái)（300V，1A）。

如果環(huán)境溫度較低，等離子體能夠通過輻射和熱傳導(dǎo)等方式向壁面?zhèn)鬟f能量，因此，要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)保持等離子體狀態(tài)，發(fā)生器供給的能量必須大于等離子體損失的能量。不少人工產(chǎn)生等離子體的方法（如爆炸法、激波法等）產(chǎn)生的等離子體狀態(tài)只能持續(xù)很短時(shí)間（10～10秒左右），而有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的等離子體狀態(tài)則要維持較長(zhǎng)時(shí)間（幾分鐘至幾十小時(shí)）。能產(chǎn)生后一種等離子體的方法主要有：直流弧光放電法、交流工頻放電法、高頻感應(yīng)放電法、低氣壓放電法（例如輝光放電法）和燃燒法。前四種放電都用電學(xué)手段獲得，而燃燒則利用化學(xué)手段獲得。

等離子體發(fā)生器的放電原理：利用外加電場(chǎng)或高頻感應(yīng)電場(chǎng)使氣體導(dǎo)電，稱為氣體放電。氣體放電是產(chǎn)生等離子體的重要手段之一。被外加電場(chǎng)加速的部分電離氣體中的電子與中性分子碰撞，把從電場(chǎng)得到的能量傳給氣體。電子與中性分子的彈性碰撞導(dǎo)致分子動(dòng)能增加，表現(xiàn)為溫度升高；而非彈性碰撞則導(dǎo)致激發(fā)（分子或原子中的電子由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)）、離解（分子分解為原子）或電離（分子或原子的外層電子由束縛態(tài)變?yōu)樽杂呻娮樱?。高溫氣體通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射把能量傳給周圍環(huán)境，在定常條件下，給定容積中的輸入能量和損失能量相等。電子和重粒子（離子、分子和原子）間能量傳遞的速率與碰撞頻率(單位時(shí)間內(nèi)碰撞的次數(shù))成正比。在稠密氣體中，碰撞頻繁，兩類粒子的平均動(dòng)能(即溫度)很容易達(dá)到平衡，因此電子溫度和氣體溫度大致相等,這是氣壓在一個(gè)大氣壓以上時(shí)的通常情況,一般稱為熱等離子體或平衡等離子體。在低氣壓條件下，碰撞很少，電子從電場(chǎng)得到的能量不容易傳給重粒子，此時(shí)電子溫度高于氣體溫度，通常稱為冷等離子體或非平衡等離子體。兩類等離子體各有特點(diǎn)和用途（見等離子體的工業(yè)應(yīng)用）。氣體放電分為直流放電和交流放電。