REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

V tem delu smo se posvetili razvoju naprave za odstranjevanje hidrogeniziranih ogljikovih
depozitov v fuzijskih reaktorjih. Amorfni hidrogenizirani ogljikovi nanosi (a-C:H) predstavljajo
velik problem za nemoteno obratovanje bodočih fuzijskih reaktorjev, katerih divertorji
so izdelani iz kompozitnega materiala CFC (Carbon Fibre Composite), saj povzročajo
zajetje in zadrževanje radioaktivnega tritija. Obstajajo sicer tehnike, s katerimi lahko zaviramo
rast nanosov a-C:H, vendar pa nanašanja vseeno ne preprečijo popolnoma. Zato bo
v bodočih fuzijskih reaktorjih potrebno redno odstranjevati nanose a-C:H. Raziskali smo
možnost čiščenja a-C:H nanosov v tokamakih z uporabo nevtralnih kisikovih atomov. V
ta namen smo razvili veliki plazemski reaktor, kjer z radiofrekvenčnim generatorjem vzbujamo
induktivno sklopljeno kisikovo plazmo. Za odstranjevanje a-C:H depozitov z nevtralnimi
kisikovimi atomi z velikih površin je namreč potreben velik vir nevtralnih kisikovih
atomov. Znanje za razvoj velikega plazemskega sistema smo pridobili na manjšem plazemskem
sistemu.
Najprej smo opravili vsestransko karakterizacijo malega plazemskega reaktorja, kjer
smo induktivno sklopljeno plazmo vzbujali z 1,2 kW radiofrekvenčnim generatorjem. Raziskali
smo obnašanje nekaterih ključnih plazemskih in razelektritvenih parametrov kisikove
plazme v odvisnosti od tlaka in moči radiofrekvenčnega generatorja. Gostoto nevtralnih kisikovih
atomov smo merili s katalitično sondo. S sistematičnimi meritvami smo raziskali
prehode med E- in H-načinom razelektritve. Približno 35 cm od roba vzbujevalne tuljave
so bile izmerjene gostote reda velikosti 1×10[SUP]21 m−3. Gostote nevtralnih kisikovih atomov
so bile v H-načinu približno dvakrat večje kot v E-načinu. V okolici katalitične sonde je
bila stopnja disociacije približno ∼ 5 %. Pri neprekinjenem vzbujanju z radiofrekvenčnim
generatorjem smo raziskali histerezno obnašanje kisikove plazme. Histereza je izrazita pri
tlakih večjih of 15 Pa, širina histereze pa se linearno veča s tlakom.
Znanje, pridobljeno na malem plazemskem sistemu, smo uporabili pri razvoju večjega
plazemskega sistema. Induktivno sklopljeno plazmo smo v 2 m dolgi stekleni razelektritveni
cevi z zunanjim premerom 20 cm vzbujali z 8 kW radiofrekvenčnim generatorjem.
Najprej smo z načrtovanjem uskladitvenega člena in razvojem posebne dvojne vzbujevalne
tuljave optimizirali sklop med radiofrekvenčnim generatorjem in nizkotlačno plazmo. Pri
optimizaciji smo si pomagali s Smithovimi diagrami in z izračunom koeficienta odbojnosti
električnega vezja induktivno sklopljene plazme. Ustreznost uporabe dvojne vzbujevalne
tuljave smo potrdili s primerjanjem intenzitet kisikovih emisijskih črt plazme, vzbujene z
uporabo navadne in dvojne vzbujevalne tuljave. Intenziteta svetlobe plazme, vzbujene z
uporabo dvojne vzbujevalne tuljave, je pri enaki napetosti na tuljavi tudi do 4-krat večja od
intenzitete svetlobe plazme, vzbujene z uporabo navadne vzbujevalne tuljave.
S približno 2 m dolgo stekleno povezovalno cevjo kompleksne oblike smo razelektritveno
cev povezali s porazelektritveno komoro. S sistematičnimi merjenji gostot nevtralnih
kisikovih atomov v porazelektritveni komori s termočlensko katalitično sondo smo ugotovili,
da za določeno moč radiofrekvenčnega generatorja obstaja optimalen tlak, pri katerem
dosežemo največjo gostoto nevtralnih kisikovih atomov. V porazelektritveni komori smo
dosegli gostote do 2,5×10[SUP]20 m−3 in stopnjo disociacije do 2 %. S primerjavo gostot
nevtralnih kisikovih atomov na robu razelektritvene cevi, ki smo jih istočasno merili z opti
čno katalitično sondo, in gostot v porazelektritveni komori smo pokazali, da je razmerje
med tema dvema gostotama zelo odvisno od efektivne črpalne hitrosti in da je optimalna
efektivna črpalna hitrost približno enaka prevodnosti povezovalne cevi. Razmerje med gostotama
je bilo pri optimalni efektivni črpalni hitrosti približno ∼ 20. Pokazali smo tudi,
da gostoto v porazelektritveni komori lahko še dodatno povečamo, če kisiku dodamo okoli
20 % žlahtnega plina.
Z zadnjim sklopom meritev smo raziskali jedkanje a-C:H nanosov z nevtralnimi kisikovimi
atomi. Dosegli smo zadovoljive hitrosti jedkanja (do 35 nm/s) in ugotovili, da je hitrost
jedkanja a-C:H nanosov z nevtralnimi kisikovimi atomi eksponentno odvisna od temperature
vzorcev in linearno odvisna od gostote nevtralnih kisikovih atomov. S pomočjo AES
profilne analize smo pokazali tudi, da je nanose mešanice a-C:H:W tudi mogoče odstraniti,
vendar je potrebna višja temperatura vzorcev ali večja gostota atomov.
Med izvirne znanstvene dosežke sodijo: meritve gostote nevtralnih kisikovih atomov pri
prehodih iz E- v H-način razelektritve, meritve električnih in plazemskih parametrov pri histereznem
obnašanju induktivno sklopljene kisikove plazme, raziskave vpliva prevodnosti
povezovalne cevi in efektivne črpalne hitrosti na prenos nevtralnih kisikovih atomov, podrobne
raziskave hitrosti jedkanja a-C:H nanosov ter izpopolnjeni postopek sistematičnih
meritev gostote atomov s katalitičnimi sondami.