一种托卡马克核聚变装置中硼膜的去除方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114551201A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202011330862.2(22)申请日2020.11.24(71)申请人新奥科技发展有限公司地址065001河北省廊坊市开发区广阳道北(72)发明人田小让赵鑫吴超张国松孟垂舟(74)专利代理机构北京开阳星知识产权代理有限公司11710专利代理师王璐要然(51)Int.Cl.H01J37/32(2006.01)G21B1/25(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种托卡马克核聚变装置中硼膜的去除方法(57)摘要本发明涉及可控核聚变技术领域，具体公开了一种托卡马克核聚变装置中硼膜的去除方法。所述去除方法包括：在托卡马克装置的腔室内，利用含氟气体化合物在辉光放电条件下产生氟等离子体，进而利用氟离子与硼膜中的硼元素发生反应，对硼膜进行化学去除；以及在硼膜去除结束后，利用氢和氦的联合辉光清洗去除真空腔室内壁的氟离子残留。本发明所提供的方法可有效去除托卡马克核聚变装置中的硼膜，反应产物均可以气态形式排出腔室内部，无沉积残留，且不会对不锈钢内壁的基底材料造成损伤。CN114551201ACN114551201A权利要求书1/1页1.一种托卡马克核聚变装置中硼膜的去除方法，其特征在于，所述去除方法包括如下步骤：(1)在托卡马克装置的腔室内，利用含氟气体化合物在辉光放电条件下产生氟等离子体，进而利用氟离子与硼膜中的硼元素发生反应，对硼膜进行化学去除；(2)硼膜去除结束后，利用氢和氦的联合辉光清洗去除真空腔室内壁的氟离子残留。2.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，步骤(1)中所述的含氟气体化合物为CF4或NF3。3.根据权利要求2所述的去除方法，其特征在于，步骤(1)中利用CF4对硼膜进行化学去除时，在通入CF4的同时通入氧气作为辅助气体。4.根据权利要求3所述的去除方法，其特征在于，步骤(1)中利用CF4对硼膜进行化学去除时，辉光放电条件为：CF4流量30‑150sccmO2流量30‑150sccm气压0.1‑0.6Pa电流0.1‑0.7A电压400‑650V时间30‑120min。5.根据权利要求4所述的去除方法，其特征在于，通入的CF4与氧气的比例为1:1。6.根据权利要求5所述的去除方法，其特征在于，步骤(1)中利用CF4对硼膜进行化学去除时，辉光放电条件为：CF4流量50sccmO2流量50sccm气压0.3Pa电流0.2A电压550V时间60min。7.根据权利要求2所述的去除方法，其特征在于，步骤(1)中利用NF3对硼膜进行化学去除时，辉光放电条件为：NF3流量50‑200sccm气压0.1‑0.6Pa电流0.1‑0.7A电压380‑600V时间30‑120min。8.根据权利要求1‑7任意一项所述的去除方法，其特征在于，步骤(2)先进行氢辉光清洗去除残留氟离子，再进行氦辉光清洗去除残留氢气。9.根据权利要求8所述的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，氢辉光清洗的条件为电流0.3A、电压490V、压强2.6Pa、时间7‑12h。10.根据权利要求8所述的去除方法，其特征在于，步骤(2)中，氦辉光清洗的条件为电流0.3A、电压280V、压强0.5Pa、时间7‑12h。2CN114551201A说明书1/6页一种托卡马克核聚变装置中硼膜的去除方法技术领域[0001]本发明涉及可控核聚变技术领域，尤其涉及一种托卡马克核聚变装置中硼膜的去除方法。背景技术[0002]托卡马克核聚变装置物理实验中,高温等离子体与装置腔室内壁发生碰撞作用,使得腔壁释放各种杂质进入到装置腔室内的等离子体中,杂质会损耗等离子体的能量，从而造成等离子体能量的巨大损失。在核聚变真空腔室内壁生长硼膜层，可有效抑制聚变反应过程中内壁中的金属杂质和氧、碳杂质逸出，有效防止了腔壁材料作为杂质被等离子体碰撞后进入到腔室内部并混入到等离子体中的几率，减小等离子体放电能量损失，大大改善等离子性能。这种保护方法的发展形成了一种称为硼化的技术。例如，采用硼氢化合物如乙硼烷(B2H6)、十硼烷(B10H14)或有机硼化物如B(CH3)3作为硼源，以化学气相沉积的方式在相应的腔室材料内壁上生长一层硼膜。[0003]然而，硼膜对杂质的抑制能力在维持效果上具有一定的寿命，随着等离子体放电次数的增加，硼膜的杂质抑制能力会逐渐达到饱和。为了维持聚变装置高纯的真空室环境，需要定期对真空腔室内壁进行追加硼化。随着硼化次数的增加，真空腔室内壁硼膜的厚度会逐渐增厚，并且多次硼化也会造成硼膜内部结合力变差，在等离子体的轰击下存在脱落的风险。硼膜一旦发生脱落，将会严重影响等离子体的放电品质。[0004]此外，由于阶段性实验调整或内部部件