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(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(duì)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(guò)循環(huán)水冷卻，使其長(zhǎng)時(shí)間使用不會(huì)產(chǎn)生明顯變形，提高了該系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)無(wú)極調(diào)速來(lái)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)與射頻電極相連接傳送桿壓縮碟形波紋管前后運(yùn)動(dòng)快速調(diào)整電極位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，射頻天線形式的電極可作為直流輝光的陽(yáng)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(yùn)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(kāi)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(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行過(guò)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(guó)際上正在運(yùn)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://www.13house.cn/)認(rèn)為GDC、EC-DC 和IC-DC 技術(shù)也是國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆( ITER) 工程設(shè)計(jì)方案的首選。TEXTOR 裝置的實(shí)驗(yàn)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(chǎng)的作用增加了電子與氣體分子碰撞的幾率，放電運(yùn)行更加穩(wěn)定，對(duì)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(kāi)展了在射頻輔助下的直流輝光放電清洗實(shí)驗(yàn)研究。

射頻電極系統(tǒng)

　　根據(jù)HL-2A 真空室的特點(diǎn)，射頻電極系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)螺旋圈，中心可通過(guò)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(shí)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(dòng)順利，螺旋圈的最大外徑設(shè)計(jì)為Φ70mm。電極通過(guò)活接頭與傳送桿連接，可方便更換。采用步進(jìn)電機(jī)無(wú)極調(diào)速來(lái)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)與射頻電極相連接傳送桿前后運(yùn)動(dòng)，最大行程為1200 mm 。進(jìn)行放電清洗實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)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(dòng)性，通過(guò)改變極間距離，獲得了相對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)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(yùn)行的安全性。通過(guò)在1050 W 直流功率下疊加同等射頻和直流功率時(shí)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(wèn)題，有效輸出功率不高，所以它常常要與直流輝光并用。實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步開(kāi)展與射頻相關(guān)的壁處理工作提供了條件。