基于光谱的EAST钨偏滤器边界杂质行为研究及MAPES建设的任务书

基于光谱的EAST钨偏滤器边界杂质行为研究及MAPES建设的任务书任务书题目：基于光谱的EAST钨偏滤器边界杂质行为研究及MAPES建设任务背景：EAST（ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak，国家973重点实验室）是我国最先进的核聚变实验装置之一，旨在探索核聚变反应的物理、工程和技术问题。实验中的钨偏滤器是在EAST中发现的边界杂质控制装置，对于维持ELM（EdgeLocalizedModes）稳定状态非常重要。该钨偏滤器通过过滤不良杂质（如镁等）来保护内表面，但在高功率放电时出现较高的激发价壳原子产生可能破坏钨偏滤器并污染地球，使得其边界杂质控制效果下降。因此，为了更好地探索钨偏滤器的边界杂质控制机制，需要进行基于光谱的研究，并建设MAPES（MaterialAnalysisandParticleEmissionSpectroscopy）诊断系统。任务目标：1.研究分析钨偏滤器的原位边界杂质行为。2.构建MAPES诊断系统方便对偏滤器及其造成影响的杂质进行分离、探测和辨识等工作。3.分析并确定钨偏滤器的制作基质，制备出具有实验条件的优良标样，并探究杂质分布与稳定性表现。4.掌握研究方法和操作技术，精确定位钨偏滤器表面杂质的来源和铺展方式。5.结合电子注入及离子注入两种发射方法，对钨偏滤器表面进行光谱分析，提高MAPES系统的时间和空间分辨率。任务步骤：1.确定研究方法和操作流程，建立针对钨偏滤器边界杂质行为的研究方案。2.选取典型离子种类，利用垂直离子注入注入钨偏滤器表面，以探究其所产生的边界杂质分布及其影响。3.考虑到离子注入的穿透力问题，将电子注入技术引入到研究方案中，通过使用高功率激光照射钨偏滤器表面，提高非平衡态电子密度，进而产生不稳定态杂质物质。4.结合以上两种发射方法进行光谱分析，尝试提高MAPES系统的时间和空间分辨率，以实现对杂质分布及其影响的更清晰的描述。5.制作样品归纳整理数据，将数据用于建立模型和预测实验结果。创新点和意义：本研究具有以下创新点和意义：1.通过建立MAPES诊断系统和对钨偏滤器的详细分析，可以揭示钨偏滤器边界杂质行为的本质，为进一步探索边界杂质控制作出基础性贡献。2.资源优化利用。钨偏滤器边界杂质控制问题的研究，将有助于发现和运用研究设备、工具等的创新、提高资源利用效率、提高认知能力等方面的研究成果。3.应用前景广。本研究成果有望在研究其他核聚变装置的边界杂质控制机制、半导体材料表面污染的研究及污染预防、各类金属加工行业中的污染控制等方面得到应用，有着非常广阔的应用前景。参考文献：1.Guo,H.Y.,Liu,S.C.,Qin,S.Y.,etal.(2019).Theroleofhigh-Ztraceimpuritiesinlinearplasmagrowth.PhysicsofPlasmas,26(9).2.Iwanaga,S.,etal.(2012).RecentresultsoftungstenexposurestudyinLHD.FusionEngineeringandDesign,87(5-6),830–834.3.Oberkofler,M.,etal.(2015).Therelevanceofimpurityradiationfordivertordetachment.JournalofPlasmaPhysics,81(4),345810402.4.Scott,D.J.,etal.(2018).MitigationoftungstensputteringbysurfacepatterningwithD+andHe+.NuclearMaterialsandEnergy,15,43-47.5.Zuo,G.Z.,etal.(2019).Particlesimulationstudyoftheeffectoftheboundariesof