РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ЧИЩЕННЯ ВАКУУМНИХ ПОВЕРХОНЬ ПЛАЗМОЮ ВИСОКОЧАСТОТНОГО РОЗРЯДУ В КОМБІНАЦІЇ З РОЗРЯДОМ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
DOI:
https://doi.org/10.15407/scine17.04.033Ключові слова:
plasma, stellarator, vacuum, microwave discharge, glow dischargeАнотація
Вступ. В експериментальних дослідженнях високотемпературної плазми, спрямованих на вирішення проблем керованого термоядерного синтезу, важливим питанням є необхідність зменшення потоків легких та важких домішок до об’єму утримання плазми. Підготовка внутрішніх вакуумних поверхонь є невід’ємною частиною функціонування
термоядерних установок, а розробка ефективних сценаріїв щодо підготовки поверхонь є нагальною потребою.
Проблематика. У застосовуваної сьогодні технології чищення внутрішніх поверхонь вакуумної камери за допомогою жевріючого розряду є досить суттєвий недолік – розпилення матеріалів у вакуумній камері. Для чищення внутрішніх вакуумних поверхонь також використовується плазма, створена високочастотним розрядом, але її ефективність обмежується низькою енергією іонів.
Мета. Розробка технології чищення вакуумних поверхонь плазмою високочастотного розряду в комбінації з розрядом постійного струму.
Матеріали й методи. Для визначення зарядового стану іонів та елементного складу плазми використано безконтактний пасивний метод оптичної плазмової спектроскопії. Швидкість газовиділення нержавіючої сталі in situ визначали діагностичним методом на основі термодесорбційного зонда. Коефіцієнт розпилення зразків виміряно методом вагових втрат.
Результати. Дослідження показали, що анодна напруга комбінованого розряду є нижчою, ніж у жевріючому розряді; швидкість ерозії нержавіючої сталі 12X18H10T приблизно в 1,5 рази менший при комбінованому розряді, ніж у
жевріючому розряді; термодесорбційна діагностика стану стінки в ДСM-1 показала, що чистка комбіновваним розрядом продемонструвала кращу ефективність ніж жевріючим розрядом. Запропонована розробка є оригінальною та
не має аналогів у світі.
Висновки. Наведені результати дослідження показали перспективу використання комбінованого розряду для чищення стінок у плазмових пристроях, що відкриває широкі можливості застосування розробленої технології на основі комбінованого розряду для чищення великих тороїдальних вакуумних камер.
Посилання
Shimada, M., Pitts, R. (2011). Wall conditioning on ITER. Journal of Nuclear Materials, 415(1), 5—19. doi: 10.1016/j.
jnucmat.2010.11.085.
Douai, D., Kogut, D., Wauters, T., Brezinsek, S., Hagelaar, G. J. M., Hong, S. H., Lomas, P. J., Lyssoivan, A., Nunes, I.,
Pitts, R. A., Rohde, V., de Vries, P. C. (2015). JET EFDA Contributors,The ASDEX-Upgrade Team. Wall conditioning
for ITER: Current experimental and modeling activities. Journal of Nuclear Materials, 463, 150—156. doi: 10.1016/j.
jnucmat.2014.12.034.
Dylla, H. F. (1980). A review of the wall problem and conditioning techniques for tokamaks. Journal of Nuclear Materials, 93, 61-74. doi: 10.1016/0022-3115(80)90303-7.
Winter, J. (1989). Wall conditioning of fusion devices by reactive plasmas. Journal of Nuclear Materials, 161(3), 265— 330. doi: 10.1016/0022-3115(89)90466-2.
Winter, J. (1996). Wall conditioning in fusion devices and its influence on plasma performance. Plasma Phys. Control. Fusion, 38, 1503—1542. doi: 10.1088/0741-3335/38/9/001.
Wauters, T., Brakel, R., Brezinsek, S., Dinklage, A., Goriaev, A., Laqua, H. P., Marsen, S., Moseev, D., Stange, T., Schlisio, G., Sunn Pedersen, T., Volzke, O., Wenzel, U. (2018). Wall conditioning by ECRH discharges and He-GDC in the limiter phase of Wendelstein 7-X. Nuclear Fusion, 58(6), 066013-066020. doi: 0000-0002-7213-3326.
Wauters, T., Goriaev, A., Alonso, A., Baldzuhn, J., Brakel, R., Brezinsek, S., Dinklage, A., Grote, H., Fellinger, J., Ford, O. P., König, R., Laqua, H., Matveev, D., Stange, T., Vanó, L. (2018). Wall conditioning throughout the first carbon divertor campaign on Wendelstein 7-X. Nuclear Materials and Energy, 17, 235—241. doi: 10.1016/j.nme.2018.11.004
De La Cal, E., Gauthier, E. (2005). Review of radio frequency conditioning discharges with magnetic fields in superconducting fusion reactors. Plasma physics and controlled fusion, 47, 197—218. doi: 10.1088/0741-3335/47/2/001.
Wauters, T., Borodin, D., Brakel, R., Brezinsek, S., Brunner, K. J., Buermans, J., Coda, S., Dinklage, A., Douai, D., Ford, O., Fuchert, G., Goriaev, A., Grote, H., Hakola, A., Joffrin, E., Knauer, J., Loarer, T., Laqua, H., Lyssoivan, A., Moiseenko, V., Moseev, D., Ongena, J., Rahbarnia, K., Ricci, D., Rohde, V., Romanelli, S., Sereda, S., Stange, T., Tabarés, F. L., Van , L., Volzke, O., Wang, E. (2020). Wall conditioning in fusion devices with superconducting coils. Plasma physics and controlled fusion, 62, 034002-034014. doi: 10.1088/1361—6587/ab5ad0.
Sergienko, G., Lyssoivan, A., Philipps, V., Kreter, A., Schulz, C., Huber, A., Esser, H. G., Hu, J. S., Freisinger, M., Reimer, H., Samm, U. (2009). Ion cyclotron wall conditioning in reactive gases on TEXTOR. Journal of nuclear materials, 390, 979—982. doi: 10.1016/j.jnucmat.2009.01.252.
Nazarov, N. I., Plyusnin, V. V., Ranyuk, T. Yu. (1987). Cleaning of surfaces by plasma in the Uragan-3 torsatron. Fizika Plazmy, 13, 1511—1515 [in Russian].
Moiseenko, V. E., Burchenko P. Ya., Chechkin, V. V., Chernyshenko, V. Ya., Grigor`eva, L. I., Hartmann, D., Koch, R., Konovalov, V. G., Lozin, A. V., Lyssoivan, A. I., Pashnev, V. K., Shapoval, A. N., Shvets, O. M., Skibenko, A. I., Stadnik, Yu. S., Tereshin, V. I., Voitsenya, V. S., Volkov, E. D. (2009). Wall Conditioning RF Discharges in Uragan-2M Torsatron. 36th
EPS Conference on Plasma Phys. (June 29 — July 3, 2009, Sofia). ECA, 33E, P-5.199.
Lozin, A. V., Moiseenko, V. E., Grigor’eva, L. I., Kozulya, M. M., Kulaga, A. E., Lysoivan, A. I., Mironov, Yu. K., Pavlichenko, R. O., Romanov, V. S., Chernyshenko, V. Ya., Chechkin, V. V. (2013). Cleaning of inner vacuum surfaces in the Uragan-3M facility by radio-frequency discharges. Plasma Physics Reports, 39(8), 624—631. doi: 10.1134/S1063780X13070052.
Moiseenko, V. E., Lozin, A. V., Chechkin, V. V., Chernyshenko, V. Ya., Grigor’eva, L. I., Kramskoi, Ye. D., Korovin, V. B., Kozulya, M. M., Lyssoivan, A. I., Schebetun, A. V., Shapoval, A. N., Shtan’, A. F., Solodovchenko, S. I., Voitsenya, V. S.,
Garkusha, I. E. (2014). VHF discharges for wall conditioning at the Uragan-2M torsatron. Nuclear Fusion, 54, 033009033014. doi: 10.1088/0029-5515/54/3/033009.
Lozin, A. V., Moiseenko, V. M., Kozulya, M. M., Kramskoj, E. D., Korovin, V. B., Yevsyukov, A. V., Grigor’eva, L. I., Beletskii, A. A., Shapoval, A. N., Makhov, M. M., Krasyuk, A. Yu., Baron, D. I. (2016). Continuous wall conditioning VHF
discharge without magnetic field in a toroidal device. Problems of Atomic Science and Technology, 6, 60.
Bondarenko, M. N., Glazunov, G. P., Konotopskiy, A. L., Lozin, A. V., Moiseenko, V. E., Aksenov, N. N., Garkusha, I. E., Herashchenko, S. S., Makhlaj, V. A. (2018). Influence of different types of hydrogen treatment on hydrogen retention and release from 12kh18n10t steel. Problems of Atomic Science and Technology, 6, 50.
Lobov, G. D., Eremeyev, V. I. (1961). Some effects accompanying detection in a gas discharge. Radiotekh. Elektron., 6, 286 [in Russian].
Kopeika, N. S., Farhat, N. H. (1975). Video detection of millimeter waves with glow discharge tubes: Part I—Physical description; part II—Experimental results. IEEE transactions on electron devices, 22(8), 534—548. doi: 10.1109/T-ED. 1975.18175.
Rosenberg A., Ben-Aryeh, Y., Politch, J. and Felsteiner, J. (1982). Amplification, cnrrent-voltage variations, and refraction in the interaction between millimeterwave radiation and the glow-discharge plasma Physical Review A, 25, 1160—1177. doi: 10.1103/PhysRevA.25.1160.
Lebedev, Yu. A., Tatarinov, A. V., Epshtein, I. L. (2007). An electrode microwave discharge in a static field. High Temperature, 283-290. doi: 10.1134/S0018151X07030017.
Lebedev, Yu. A., Epshtein, I. L., Yusupova, E. V. (2014). Influence of a DC field on the near-electrode zone of nonuniform microwave discharge in hydrogen. High Temperature, 52, 150—156. doi: 10.7868/S0040364414020136.
Burchenko, P. Ya., Volkov, E. D., Gribanov, Yu. A., Nekludov, I. M., Opalev, O. A., Rubtsov, K. S. Rybalko, I. F., Ternopol, A. M. (1985). The study of materials erosion in a discharge with oscillating electrons. Sov. J. Tech. Phys., 55(11), 2097—2288 [in Russian].
Glazunov, G. P., Volkov, E. D., Baron, D. I., Dolgiy, A. P., Konotopskiy, A. L., Hassanein, A. (2003). Effect of Low/High
Hydrogen Recycling Operation on Palladium Sputtering under Steady State Plasma Impact. Physica Scripta, 103, 89—
doi: 10.1238/Physica.Topical.103a00089.
Glazunov, G. P., Bondarenko, M. N., Konotopskiy, A. L., Volkov, E. D. Erosion behavior of tungsten coatings in magnetron type discharges with hot cathode. (2008). Problems of Atomic Science and Technology, 14(6), 107—109.
Glazunov, G. P., Andreev, A. A., Bondarenko, M. N., Konotopskiy, A. L., Moiseenko, V. E., Stolbovoy, V. A. (2011). Erosion vacuum-arc TiN coatings and stainless steel under impact of steady state plasma of magnetron type discharges. Physical surface engineering, 9(3), 250—255 [in Russian].
Kramida, A., Ralchenkob, Yu., Reader, J. and NIST ASD Team (2019). NIST Atomic Spectra Database (version 5.7.1).
National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. doi: 10.18434/T4W30F.
Glazunov, G. P., Baron, D. I., Moiseenko, V. E., Bondarenko, M. N., Konotopskiy, A. L., Lozin, A. V., Lyssoivan, A. I.,
Wauters, T., Garkusha, I. E. (2018). Characterization of wall conditions in Uragan-2M stellarator using stainless steel
thermal desorption probe. Fusion Engineering and Design, 137, 196—201. doi: 10.1016/j.fusengdes.2018.09.010.
Glazuno, G. P., Baron, D. I., Bondarenko, M. N., Moiseenko, V. E., Garkusha, I. E., Konotopskiy, A. L., Lozin, A. V., Lyssoivan, A. I., Wauters, T. (2018). In situ quantification of plasma facing surface conditions in the Uragan-2M torsatron. Problems of Atomic Science and Technology, 1(107), 12—16.
Babad-Zakhryapin, A. A., Kuznetsov, G. D. (1982). Radiation-stimulated chemical-thermal treatment. Moscow: Energy Publishing House, 96 p. [in Russian].
Laegreid, N., Wehner, G.K. (1961). Sputtering yields of metals for Ar+ and Ne+ ions with energies from 50 to 600 eV. J. Appl. Phys., 32(4), 365—369. doi: 10.1063/1.1736012.
Pavlichenko, O. S. (1993). First results from the ‘URAGAN-2M’ torsatron. Plasma physics and controlled fusion, 35, 223. doi: 10.1088/0741-3335/35/SB/018.
Moiseenko, V. E., Lozin, A. V., Kozulia, M. M., Mironov, Yu. K., Romanov, V. S., Konovalov, V. G., Shapoval, A. N. (2017). Alfven plasma heating in stellarator Uragan-2M. Ukrainian Journal of Physics, 62, 311. doi: /10.15407/ujpe62.04.0311.
Moskalev, B. I. (1969). Razryad s polyim katodom. Moscow: Energy Publishing House, 184 p. [in Russian].
Kolobov, V. I., Metel, A. S. (2015). Glow discharges with electrostatic confinement of fast electrons. J. Phys. D: Appl. Phys., 48, 233001. doi: 10.1088/0022-3727/48/23/233001.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Положення про авторські права Автори, які публікуються у журналі «Наука та інновації», погоджуються на такі умови: Автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації. Автори можуть вступати в окремі, додаткові договірні угоди для не ексклюзивного розповсюдження надрукованої у журналі «Наука та інновації» версії своєї роботи (статті) (наприклад, розмістити її в інституційному сховищі або опублікувати в своїй книзі), із підтвердженням її первинної публікації у журналі «Наука та інновації». Авторам дозволено розміщувати свою роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їх веб-сайті).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
