利用金属锂涂层作为改善全超导托卡马克第一壁燃料再循环的方法

摘要

本发明公开了一种利用金属锂涂层作为改善全超导托卡马克第一壁燃料再循环的方法，包括有锂化坩埚系统、波纹管传送系统，锂化坩埚系统包括有锂化坩埚、加热系统、测温系统，加热系统的加热装置为加热丝，通过射频放电辅助沉积或化学气象沉积的方法对磁约束装置真空室内第一壁表面涂覆10-20纳米金属锂涂层，以实现对第一壁材料的改性，满足聚变等离子体对第一壁低杂质污染、低再循环的苛刻要求。本发明通过对第一壁表面实施锂涂层，可以快速、经济、有效的实现对等离子体性能的改善，以便满足不同等离子体物理试验的需求。

主权项

一种利用金属锂涂层作为改善全超导托卡马克第一壁燃料再循环的方法，其特征在于，包括有锂化坩埚系统、波纹管传送系统，所述的锂化坩埚系统包括有锂化坩埚、加热系统、测温系统，加热系统的加热装置为加热丝，所述的锂化坩埚为敞口坩埚，锂化坩埚内部的中间位置设有一个垂直于坩埚底部的挡板，挡板的顶部开有一个槽，位于挡板一侧的锂化坩埚的底部开有一个孔一，锂化坩埚顶部内侧设有凹台，凹台上放有盖板，盖板上开有一个与坩埚底部的孔一相对应的孔二，盖板与锂化坩埚配合使用；具体包括以下步骤：1）对磁约束装置真空室进行抽气检漏；2）在99.9%的高纯氩的保护下将固态的锂棒放入锂化坩埚内底部无孔的一侧；3）使用离子回旋射频波（ICRF）产生的脉冲式等离子体放电对磁约束装置真空室内的第一壁进行清洗；放电的参数为：工作气体为氦，PHe=0.05Pa，功率20‑30kW，占空比为1秒开并1秒关，放电清洗时间为1‑2小时；4）在ICRF等离子体放电清洗过程中，将锂化坩埚通过波纹管传送系统压缩送入到磁约束装置真空室内；5）放电清洗结束后，调节加热系统中加热丝的电压，开始进行锂棒加热，当温度加热到大约摄氏300度左右，在真空室内的锂化坩埚附近开始泛红，随着坩埚温度的逐渐增加，真空室内颜色逐渐变成血红色，而且越来越红；最终锂化坩埚的蒸发温度稳定在摄氏550‑600度；6）锂将从坩埚蒸发，在电场作用下将锂离子弥散，扩散到真空室内，通过以下两种不同的机制涂覆到第一壁上：①通过ICRF等离子体电离，在环向均匀ICRF等离子体的作用下弥散到第一壁，实现第一壁的均匀涂覆；具体操作如下：盖板置于锂化坩埚顶部的凹台上，锂蒸汽从盖板上的孔二和锂化坩埚底部的孔一中扩散出来进入真空室，在有强磁场的条件下，注入20‑30千瓦的射频波，使其产生均匀的脉冲式等离子体放电，放电介质为氦气，在放电的过程中，锂离子被均匀的涂覆到第一壁表面，通过控制锂化坩埚的加热温度及锂化坩埚加热时间的长短来控制锂的蒸发量，从而控制锂涂层的厚度为10‑20纳米；②根据不同等离子物理放电的需要，通过使用设计巧妙的锂蒸发坩埚和使用不同的盖板，灵活实现对第一壁表面局部和整体进行涂覆；具体操作如下：带有孔的盖板放在锂化坩埚顶部的凹台上，锂蒸汽从盖板上的孔二和锂化坩埚底部的孔一中扩散出来，锂蒸气进入真空室后，向上、下两个方向发散，实现真空室内上、下偏滤器区域的整体涂覆，通过控制锂化坩埚的加热温度及锂化坩埚加热时间的长短来控制锂的蒸发量，从而控制锂涂层的厚度为10‑20纳米。