托卡马克第一壁材料表面氘(氚)滞留特征的双色激光微探针质谱诊断研究

托卡马克第一壁材料表面氘(氚)滞留的诊断研究对解决长脉冲（稳态）托卡马克装置（ITER、EAST、HL-2A）的高参数下氘（氚）滞留问题，降低粒子再循环，提高密度控制能力具有重要意义。激光微探针质谱技术是高灵敏度微区分析技术，具有样品用量少、分析速度快、灵敏度高、质量分辨率和空间分辨高等优点。可对样品中微区的组分、结构、形态以及同位素等进行细致分析。近年来已成功应用于地质学和生命科学等领域。新近提出的双色激光微探针质谱技术可以克服单色探针技术缺陷，可望显著提高测量灵敏度和空间分辨率。本项目中建立了一种激光烧蚀微探针飞行时间的质谱（LAM-TOF-MS）系统，该装置具有约20纳米的深度分辨率，同时在样品表面的空间分辨率好于500 μm。该设备用于分析第一壁材料或托卡马克第一反射镜沉积层的组成分布。LAM-TOF-MS系统是由激光烧蚀微探针和飞行时间质谱装置以及等离子体光学发射谱组成，同时基于LabVIEW程序平台编译了配套自动化控制和数据采集系统。激光诱导烧蚀结合飞行时间质谱技术是作为非常有吸引力的方法，可以分析元素在沉积层深度分布，进而为等离子体壁相互作用过程的成分构成提供信息。研究表明，LAM-TOF-MS系统能够表征深度剖面，以及从HL-2A装置获取钼第一镜面镀膜的2D空间成像。本项目通过建立双色激光微探针飞行时间质谱技术，开展了国际上首次应用该技术对第一壁材料（碳，CFC，钨及复合材料）表面氘(氚)同位素滞留分布特征的细致测量和诊断，通过数据分析揭示滞留机理，为长脉冲（稳态）托卡马克装置（ITER,EAST）的壁处理及氘（氚）清除，降低粒子再循环，提高密度控制提供参考