EAST全超導托卡馬克裝置清洗及涂覆壁處理技術(shù)發(fā)展與應用
在托卡馬克裝置中，壁處理技術(shù)是提高高溫等離子體性能的一個(gè)關(guān)鍵手段，主要用于抑制等離子體雜質(zhì)，降低粒子邊界再循環(huán)，控制氫同位素比例，提高等離子體品質(zhì)，保證高參數、長(cháng)脈沖等離子體運行。
從 2006 年 EAST 全超導托卡馬克裝置建成并開(kāi)始運行以來(lái)，發(fā)展了不同先進(jìn)壁處理技術(shù)，為等離子體提供了良好的器壁環(huán)境，為EAST裝置取得的系列進(jìn)展創(chuàng )造了基本條件。這些壁處理技術(shù)主要包括器壁清洗技術(shù)（烘烤、如磁場(chǎng)不兼容的直流輝光放電清洗、能在強磁場(chǎng)環(huán)境中工作的離子回旋放電清洗等），以及硼化、硅化、鋰化涂覆壁處理技術(shù)。
在全碳壁條件下，通過(guò)長(cháng)時(shí)間烘烤（250oC）和直流輝光放電清洗，EAST裝置等離子體放電真空室真空可以達到2x10-6Pa。利用離子回旋放電清洗可以在強磁場(chǎng)條件下工作的特點(diǎn)，放電間隙離子回旋清洗可以快速清除滯留在器壁的氫同位素，改善粒子再循環(huán)。由于同位素交換，采用氘離子回旋清洗更有利于清除器壁中氫，降低氫在等離子體中比例。
氧化壁處理可以有效清除碳-氘在器壁的沉積層，釋放氫同位素，是未來(lái)聚變裝置清除 T 的主要潛在手段。2006 年 EAST 裝置建成運行后，利用直流輝光放電或者離子回旋放電，對面對等離子體的器壁表面涂覆一種適合等離子體放電的幾百納米薄膜，如硼化（C2B10H12+He/D2）、硅化（10%SiH4, SiD4+90%He）壁處理。實(shí)驗證明硼化可以有效降低等離子體中雜質(zhì)水平，提高等離子體參數。然而，由于所使用的材料富含氫同位素，硼化、硅化壁處理后等離子體邊界再循環(huán)較高，并且等離子體中氫的含量難以降低到 25%以下，限制了等離子體參數的提高。為了進(jìn)一步研究降低邊界再循環(huán)和等離子體中氫含量，在 EAST裝置開(kāi)展了鋰化壁處理。由于鋰的活潑的化學(xué)性能，鋰可以與 C,O,H 等反應，生成非常穩定的化合物，從而有效降低等離子中雜質(zhì)及氫含量，同時(shí)也降低等離子體邊界再循環(huán)。
由于邊界粒子再循環(huán)降低等因素，通過(guò)多次鋰化壁處理，等離子體參數明顯提高。尤其是降低等離子體從低約束模轉換到高約束狀態(tài)的能量閾值，為高約束模等離子體獲得提供了條件。另外，等離子體中H/(H+D)降低到10%以下，為離子回旋少數離子模式加熱提供條件。提供鋰化，EAST裝置不僅順利實(shí)現了高約束模等離子體放電，并且獲得了長(cháng)脈沖高約束模放電。另外，等離子體放電脈沖達到約 400 s。
總之，在 EAST裝置上壁處理技術(shù)得到了明顯發(fā)展，多項技術(shù)已經(jīng)處于國際領(lǐng)先，促進(jìn)了EAST裝置高溫等離子體參數的提高。
