[发明专利]直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁约束核聚变技术，尤其涉及一种直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法。

背景技术

在磁约束核聚变实验研究中，由于托卡马克装置内部复杂严峻的放电环境使得诸多实验参数必须通过光学诊断技术才能获得。然而，由于托卡马克装置结构复杂，因此等离子体的某些部位不利于光学信号的探测。这时，需要借助一些反射镜将光学探测信号传递给探测系统，这些反射镜就是第一镜。

在托卡马克装置放电的过程中除了产生上亿度的高温等离子体之外，还伴随着强烈的热流辐照、高能粒子辐照和各种射线辐射。同时，高温热流和高能粒子与聚变装置第一壁和偏滤器相互作用产生的尘埃杂质会沉积到第一镜表面，形成杂质沉积层，引起第一镜的反射率大幅度下降，造成所测量实验参数诊断失实，更严重的后果可能造成诊断系统的瘫痪。在ITER设计中要求第一镜能够长时间在各种辐射下依然保持着良好的光学性能，即仍有高反射率，能够准确的传递工作参数。因此，实现对第一镜快速清洗有着重要的意义。

第一镜作为托卡马克装置中重要的光学诊断器件，需要高效快捷的方法对其进行清洗。同时在清洗的过程中不能引入新的杂质，并且保证第一镜本身的各项光学参数达到要求。传统的清洗方法诸如机械清洗，化学清洗可以有效地去除表面的油渍、锈迹等污染物。但是这些清洗方法都有着非常明显的缺点。机械清洗容易引起表面损伤，化学清洗容易造成二次污染，降低表面物理性能。显然，这些方法不适合用于托卡马克第一镜的清洗。与传统清洗方法相比，激光清洗是一种具有非接触式，去除小尺寸污染物颗粒，无残留物等优点的新型的清洗方法。但是激光清洗必须使激光功率密度介于清洗阈值与被清洗样品损伤阈值之间，这对清洗参数提出了较高的要求。同时，单次激光脉冲的清洗面积小，需用激光光束扫描样品表面，这就造成清洗不均匀，清洗速率也较低。

所以亟待一种非接触式、无二次污染、清洗面积大、清洗速度快的托卡马克第一镜清洗方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有托卡马克第一镜清洗方法的清洗效果不佳的问题，提出一种直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法，该方法利用直流级联弧等离子体炬可调放电参数多、方向性好、无杂质等优点，可以实现大面积、长距离、均匀、快速去除第一镜表面的杂质沉积层，并完成在线检测反射率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种直流级联弧等离子体炬清洗托卡马克第一镜的方法，包括以下步骤：

步骤A：根据待清洗第一镜样品的污染物成分，设定使用工作气体种类；测定标准灯的发射光谱以及待清洗第一镜样品(即清洗前第一镜样品)的反射光谱，得到第一镜样品清洗前的反射率；将待清洗第一镜样品固定在位于真空腔室内的水冷支架上；

步骤B：将真空腔室抽至放电所需真空状态并维持之；打开水冷系统为需要冷却的部件提供冷却水；打开供气单元(打开气瓶、减压阀和质量流量计)为级联源提供工作气体，完成直流级联弧等离子体炬放电的准备工作；

步骤C：触发电源开关，进行高频引弧，将通入到级联源的工作气体击穿电离；之后，引弧结束，由直流电源维持放电；被电离的气体由级联源环状阳极的中心喷口喷出，进入与级联源相连的真空中，形成直流级联弧等离子体炬；所述直流级联弧等离子体炬加载到第一镜样品的杂质沉积层表面，以清洗第一镜样品；

步骤D：通过直流电源、真空蝶阀以及质量流量计分别调节放电电流、真空腔室气压以及工作气体流速参数，以获得不同的直径、长度、等离子体温度以及等离子体密度的直流级联弧等离子体炬，实现对第一镜样品个性化清洗。

步骤E：当第一镜样品被清洗一定时间后，停止清洗，原位检测第一镜样品的反射率；根据第一镜样品反射率恢复情况，决定是否继续清洗；如果达到清洗要求，则完成第一镜样品的清洗；如果未达到清洗要求，则重复步骤C、步骤D，直至达到清洗要求。

进一步地，所述步骤B中的抽真空由与真空腔室连通的真空泵组完成，具体的，打开真空泵组和位于真空泵组与真空腔室中的真空蝶阀，实现真空腔室的抽真空。

进一步地，所述步骤B中的真空状态为真空气压≤1Pa。

进一步地，所述步骤B中需要冷却的部件为级联源和用于放置第一镜样品的水冷支架。

进一步地，所述步骤B中打开供气单元为：打开气瓶、减压阀和质量流量计，为级联源提供工作气体。

进一步地，所述步骤C中直流级联弧等离子体炬近垂直地加载到第一镜样品的杂质沉积层表面。