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随着以ITER为标志的下一代大尺寸托卡马克装置的建造以及稳态等离子体放电的实现,第一镜(first mirror)将成为未来托卡马克光学诊断系统中所必须使用的核心光学元件。在等离子体作用下,第一镜的表面形貌、结构与成分以及光学特性都将发生变化,从而严重影响到第一镜的性能与使用寿命,所以第一镜问题是现行光学诊断系统中的关键问题之一。本论文以HT-7超导托卡马克长脉冲放电为实验条件,探索了准稳态下等离子作用对第一镜的影响,特别是其反射率变化的物理机制。主要内容和创新点包括以下三个方面:
1.距最外闭合磁面不同距离时等离子体辐照对第一镜的影响。创新性的提出控制第一镜表面和最外闭合磁面的距离,研究粒子溅射作用或杂质沉积作用某一起主要作用时对第一镜的影响。分析了在复杂等离子体放电时,沉积或溅射单独作用下第一镜表面特性的变化情况,初步揭示了与最外磁面不同距离下等离子对第一镜作用的物理机制。
2.不同辐照环境对第一镜表面特性的影响。分别研究了在无加热系统和有LHCD低杂波驱动系统情况下,等离子体对第一镜不同作用的情况,分析了这两种不同辐照条件下第一镜的变化原因,为将来因观测不同等离子体参数而需要设置在不同辐照环境下的第一镜安装提供了实验数据。
3.不同材料第一镜的对比研究。对比研究了多晶不锈钢材料和多晶钼材料第一镜在等离子体作用下的表面特性变化情况,讨论了两种不同材料在等离子体辐照前后的异同,为将来光学诊断中选择第一镜材料提供了实验依据。