本文介紹了一套射頻電極系統(tǒng)在HL-2A 裝置上的相關(guān)輝光放電清洗實驗研究。本系統(tǒng)主要由具有水冷功能的螺旋結(jié)構(gòu)射頻電極和碟形波紋管伸縮傳送裝置組成。在高頻交變電場作用下電子與氣體分子發(fā)生碰撞的幾率增加，射頻電極對清除真空室器壁表面的低質(zhì)量數(shù)雜質(zhì)效率更高。電極通過循環(huán)水冷卻，使其長時間使用不會產(chǎn)生明顯變形，提高了該系統(tǒng)運行的安全性。系統(tǒng)工作時，通過步進(jìn)電機(jī)無極調(diào)速來驅(qū)動絲杠帶動與射頻電極相連接傳送桿壓縮碟形波紋管前后運動快速調(diào)整電極位置。實驗結(jié)果表明，射頻天線形式的電極可作為直流輝光的陽極工作，射頻輔助啟輝降低了直流輝光的啟輝氣壓和電壓，提高了裝置與抽氣機(jī)組運行的安全性。射頻輔助比純直流輝光具有更高的清洗效率，為進(jìn)一步開展與射頻相關(guān)的壁處理研究提供了條件。

　　在現(xiàn)代熱核聚變實驗裝置運行過程中，要達(dá)到高約束狀態(tài)和較好的等離子體放電品質(zhì)，降低工作氣體粒子的再循環(huán)、嚴(yán)格地控制真空室內(nèi)部的雜質(zhì)種類和含量是非常重要的。目前國際上正在運行的托卡馬克通常選用泰勒放電清洗( TDC) 、直流輝光放電清洗( GDC) 、電子或離子回旋共振放電清洗( EC-DC、IC-DC) 進(jìn)行其真空室器壁表面的鍛煉和原位處理，其中，真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)認(rèn)為GDC、EC-DC 和IC-DC 技術(shù)也是國際熱核實驗堆( ITER) 工程設(shè)計方案的首選。TEXTOR 裝置的實驗結(jié)果表明，在射頻輔助下的直流輝光放電( RG) ，由于高頻交變電場的作用增加了電子與氣體分子碰撞的幾率，放電運行更加穩(wěn)定，對清除器壁表面的低Z 雜質(zhì)效率更高。HL-2A 裝置目前選用固定電極的直流輝光放電清洗進(jìn)行真空室器壁鍛煉，為了進(jìn)一步提高清洗效率，開展了在射頻輔助下的直流輝光放電清洗實驗研究。

射頻電極系統(tǒng)

　　根據(jù)HL-2A 真空室的特點，射頻電極系統(tǒng)設(shè)計為可伸縮式結(jié)構(gòu)，與其真空室的水平窗口相連接。射頻電極采用壁厚為2 mm 的Φ10 的304不銹剛管繞制，共5 個螺旋圈，中心可通過循環(huán)水進(jìn)行冷卻。由于與射頻伸縮傳送系統(tǒng)相連接的HL-2A真空室窗口管道直徑為Φ100 mm，在進(jìn)行輝光放電時電極受熱將產(chǎn)生一定的變形，為保證射頻電極在真空室內(nèi)移動順利，螺旋圈的最大外徑設(shè)計為Φ70mm。電極通過活接頭與傳送桿連接，可方便更換。采用步進(jìn)電機(jī)無極調(diào)速來驅(qū)動絲杠帶動與射頻電極相連接傳送桿前后運動，最大行程為1200 mm 。進(jìn)行放電清洗實驗時用伸縮傳送桿將射頻電極推到真空室中心區(qū)域，等離子放電時退縮至真空室窗口管道外的閘閥后面。電極系統(tǒng)的真空漏氣率小于1. 5× 10 ^-9 Pa·m3·s ^-1，所配置的射頻電源最大輸出功率為5 kW，頻率為13. 56 MHz。圖1 為HL-2A 裝置的射頻( 流) 輝光和固定電極直流輝光( GDC) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 HL-2A 裝置的放電清洗系統(tǒng)

結(jié)論

　　在HL-2A 裝置上研發(fā)了一套射頻輝光系統(tǒng)，利用射頻電極施加直流功率進(jìn)行輝光放電清洗，利用其可移動性，通過改變極間距離，獲得了相對低的啟輝電壓。給出了HL-2A 裝置的帕邢曲線。利用射頻進(jìn)行預(yù)電離輔助直流啟輝，使輝光放電清洗啟輝的電壓和氣壓值得到了明顯改善，擊穿氣壓下降了一個數(shù)量級到10 ^-1 Pa 范圍內(nèi)，啟輝電壓最低為765V，提高了裝置與抽氣機(jī)組運行的安全性。通過在1050 W 直流功率下疊加同等射頻和直流功率時殘余氣體產(chǎn)額數(shù)據(jù)比較，得到了射頻輔助下的H2、CO2產(chǎn)額增量為直流輝光下產(chǎn)額增量的1 ～ 3 倍，證明了射頻比直流輝光具有更高的清洗效率，但由于射頻負(fù)載匹配調(diào)節(jié)問題，有效輸出功率不高，所以它常常要與直流輝光并用。實驗為進(jìn)一步開展與射頻相關(guān)的壁處理工作提供了條件。