项目名称: 激光烧蚀第一壁沉积材料成分选择效应对定量分析影响研究

项目编号: No.11505040

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 肖青梅

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 24万元

中文摘要: 第一壁材料的成分、含量的实时监控为聚变装置中等离子体安全稳定运行提供依据。现有的离线诊断分析无法给出实时信息,而无需样品预处理、能够进行远程在线分析的激光诱导击穿光谱方法(LIBS)逐渐成为研究热点。考虑到处于复杂环境的第一壁材料成分的确定对材料输运研究尤其是燃料滞留的影响,很有必要对第一壁材料成分进行定量分析,而激光烧蚀过程中由于成分选择效应造成激光烧蚀材料产生等离子体与样品本身成分的差异,会影响后续定量分析结果的准确性。因此,本项目以第一壁材料沉积成分定量分析为研究目标,通过LIBS方法,针对不同成分含量的类ITER第一壁沉积材料,研究不同实验参数以及激光烧蚀材料不同阶段的成分选择效应,结合材料性质建立理论模型,依据理论模型改进定量分析方法,对优化实验参数及合适的时间窗口条件下采集的光谱进行定量分析,研究成分选择效应对定量分析准确性影响,为实现聚变第一壁材料的在线定量分析提供有力支持。

中文关键词: 等离子体与壁材料相互作用;激光诱导击穿光谱;第一壁沉积;定量分析;成分选择

英文摘要: In-situ monitoring the composition of the first wall material is very essential to fulfill safety requirements and to maintain stable operation of fusion device. Due to the constraints commonly found in fusion devices, the existing postmortem diagnostic of the first wall material could not provide the real-time information, while laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), without sample pretreatment, which can be operated remotely for in-situ analysis is attracting much attention recently. Considering the determination of the composition of the first wall material, which is under complex environment, has important influence on the transport of the material especially for fuel retention, it is necessary to analyze the composition of the first wall material quantitatively. Since the elemental fractionation during the laser ablation process will introduce differences between the composition of the laser induced plasma and the original material, which will have an impact on the accuracy of the subsequent quantitative results. Therefore, in this project, we propose quantitative analysis of the deposition on the first wall material by studying the elemental fractionation induced by different experimental conditions and by different phases during the laser ablation process using LIBS methods. The studied materials are ITER-like deposits. A model will be developed according to the elemental fractionation effect together with the properties of the different materials. Then improvement of quantitative analysis methods will be proposed and tested by the spectra recorded by optimized experimental parameters and appropriate selection of time delay and gate window. Finally, the influence of the elemental fractionation on the precision of quantitative results will be studied. The present project will provide strong support for in-situ quantitative analysis of the first wall materials in fusion device.

英文关键词: Plasma wall interactions;Laser-induced Breakdown Spectroscopy;Deposits on first wall materials;Quantitative analysis;Elemental fractionation

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