HL-2A/2M上钨光谱的测量及实验研究

Tungsten is designated to be the only material for ITER divertor plates due to high melting temperature, low chemical erosion and physical sputtering. The tungsten accumulation at plasma core, predicted by the neoclassical theory, will lead to the plasma disruption, which will have serious damage to the device. Therefore, study on tungsten in the magnetically confined fusion plasma field has an important and essential position, and becomes one of the hottest topics. In study related to tungsten experiment, the measurement and identification of tungsten spectra are the basic work of this research. The tungsten impurity is introduced into HL-2A plasma by the laser blow-off technique and tungsten module, and the spectra are measured by space-resolved extreme ultraviolet (EUV) spectrometer and vacuum ultraviolet (VUV) spectrometer with high spectral resolution. The work is done by analysis on the quasicontinuum, spectral line emission, forbidden transition and comparison the dependence of electron temperature. The measured spectra will compared with simulated results based on the present atomic model and atomic and molecule data, therefore, the modification of the present atomic mode and atomic and molecule data will be done.

钨金属具有熔化温度高、化学腐蚀和物理溅射低的特点，因而被选定为ITER装置运行中的唯一靶板材料。同时钨也是高Z材料，如果在等离子体中心发生累积现象，将导致等离子体放电破裂，严重影响装置安全和寿命。所以钨在聚变等离子体实验研究中具有十分重要的地位，是当前聚变研究的热点课题之一。在钨的相关实验研究中，钨光谱的测量和分析又首当其冲处于十分关键的基础研究位置。本项目拟利用激光吹气技术和钨金属模块等方法将金属钨引入等离子体中，利用具有高光谱分辨率的极紫外和真空紫外光谱仪进行探测。通过分析和识别钨光谱中的准连续谱、线辐射和禁戒跃迁谱线，对比分析钨光谱与等离子体温度的关系，开展钨光谱的识别和分析。结合现有的原子模型及原子分子数据，对实际测量的钨光谱进行模拟比对，对现有的原子模型和原子分子数据进行修正。

在HL-2A装置上利用激光吹气系统成功地将钨杂质引入等离子体中，利用极紫外光谱仪和真空紫外光谱仪在25-2000Å内对钨光谱进行了测量。为增加钨金属在激光吹气靶片基片上的吸附力，研制了制作钨靶片的新技术，即在石英基片上先镀上一薄层金属钛，再在钛涂层上镀上金属钨，钛涂层和钨涂层的厚度分布为500nm和5m。测量结果显示，在目前HL-2A的实验参数下，钨光谱主要存在于25-300Å波长范围内，其主要由准连续谱组成，波长主要位于25-42Å,47-70Å,140-280Å。改变等离子体的温度，观测到钨光谱的结构对温度非常敏感。此外，在216.218Å和261.366Å观测到两根孤立的具有较高强度的线辐射，经过谱线识别，确认这两条线辐射是由W6+离子产生的，分别为WVII (5p-5d: 216.219 Å)和WVII (5p-5d: 216.387Å)。这是首次在托卡马克等离子体中观测到的由低电离态钨离子产生的独立线辐射。利用辐射碰撞模型对这两条线辐射进行了模拟计算，两条线辐射的强度比与实验测量的结果相一致。利用钨金属模块也对钨光谱进行了研究。针对测得的WVII线辐射，利用反光子效率，对HL-2A等离子体中的W6+离子的通量进行了估算。这两条WVII线辐射的观测，不仅为ITER上钨光谱识别和杂质输运提供了重要参考，亦为ITER上钨杂质通量的估算提供了宝贵的实验数据。