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氚在第一壁上的滞留是下一代聚变装置(如ITER)面临的一个巨大问题,出于装置正常运行原因的考虑,在ITER的第一壁中累积的氚滞留总量不能超过350g。而且滞留在第一壁上的粒子也会影响第一壁材料的性质,进而影响再循环、等离子体密度控制;滞留也会影响边界中性粒子密度,甚至是等离子体的约束状态。氚具有放射性,滞留在第一壁上会造成潜在的安全问题;另外价格昂贵的氚过多的滞留在第一壁中也是一种浪费。研究目前托卡马克装置中滞留的情况及对等离子体的影响能为未来聚变装置(如ITER)积累丰富的实验数据。本论文主要介绍了利用粒子平衡的方法研究HT-7和EAST不同放电条件和不同壁条件下滞留的情况,并且对相关的物理机制进行了详细的分析;锂化作为在EAST和NSTX上一种非常有效的壁处理手段,论文中研究了锂化后滞留变化对边界等离子体的影响。 采用粒子平衡方法分析的HT-7和EAST上长脉冲的滞留演化表明:HT-7和EAST的滞留行为分为长期滞留和短期滞留,其中短期滞留主要机制是吸附和低能植入,EAST和HT-7上的短期滞留一般都会在长脉冲放电中达到饱和;长期滞留主要机制是共同沉积和高能植入,长期滞留并未发现明显的饱和现象。通过分析等离子体参数与滞留的相互关系发现:芯部的等离子体参数对壁滞留影响有限,边界等离子体参数对滞留的影响更加明显;破裂放电会导致第一壁大量的放气;H-mode放电的壁滞留略低于L-mode放电的壁滞留;相同等离子体放电情况下,限制器位形下壁滞留比偏滤器位形下滞留更大。通过分析第一壁条件与滞留的相互关系发现:如果镀膜的材料中含有氢元素,由于同位素交换,会增加壁滞留;而锂作为面对等离子体的第一壁材料是会明显增加滞留减少再循环;第一壁表面温度的变化也会改变滞留情况,随着第一壁温度的上升滞留会有下降的趋势。 通过NSTX上的锂化实验研究壁滞留对等离子体的影响表明:锂作为面对等离子体材料,增加了滞留减少了边界中性粒子,也就减少了中性粒子的交换电荷碰撞阻尼,增加了边界离子极向流抑制了输运,从而影响等离子体整体的约束情况。 这项研究获得了不同壁条件和放电参数下对壁滞留的影响,了解壁滞留的机制尤其是在锂作为第一壁条件下的壁滞留的机制,为未来聚变装(ITER)积累了丰富的实验数据。通过分析影响滞留的关键因素,探讨了减少滞留的可行性方法。通过分析NSTX锂化实验的结果,了解了壁滞留对边界等离子的影响,探讨了提高等离子体约束性能的方法。