直線等離子體發(fā)生裝置

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）、等離子體診斷系統(tǒng)（Diagnostics，用于測量所產(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。各磁體可獨立調(diào)整和控制，充分滿足構(gòu)建不同磁場的要求，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 。（升級后要求） 束流密度(LaB6離子源，樣品臺中心直徑1 cm內(nèi)) ？1？1022m-2s-1 工作氣壓~0.1Pa時，本底真空度<10-6Pa 輸運真空室長度2000mm，真空室內(nèi)徑＝300mm 軸向磁場（直徑ф=0.5Φ內(nèi)）>2000G，磁場軸向均勻度（中間1m范圍）≈5%，磁場徑向均勻度（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LaB6陰極溫度需至1600°C左右，充入工作氣體到0.1？1Pa時，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 線圈用電源10臺，每臺10KW。 射頻螺旋波天線電源一臺，功率500？3000W可調(diào)。 樣品臺電源1臺（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，要在實驗室內(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)很短時間（10～10秒左右），而有工業(yè)應(yīng)用價值的等離子體狀態(tài)則要維持較長時間（幾分鐘至幾十小時）。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手段獲得，而燃燒則利用化學手段獲得。

等離子體發(fā)生器的放電原理：利用外加電場或高頻感應(yīng)電場使氣體導(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。被外加電場加速的部分電離氣體中的電子與中性分子碰撞，把從電場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躍遷到高能級）、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，兩類粒子的平均動能(即溫度)很容易達到平衡，因此電子溫度和氣體溫度大致相等,這是氣壓在一個大氣壓以上時的通常情況,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，電子從電場得到的能量不容易傳給重粒子，此時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。