磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及托卡马克型磁约束核聚变装置领域，具体是一种磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法。
【背景技术】
[0002]在托卡马克型磁约束核聚变装置中，第一壁及等离子体运行状态获取和监控最重要的手段之一是各种常规光学诊断系统。随着装置规模的增加和等离子体运行参数的提高，采用光学反射镜替代传统光学诊断系统中的硅基窗口，以传递诊断信号、降低辐照诱导吸收和辐照诱导荧光效应对硅基窗口透射率的影响。由于这些反射镜直接面对等离子体，称之为第一镜。
[0003]托卡马克运行期间，第一镜遭受高能离子和电荷交换中性原子等的轰击、各种射线的辐射，以及壁处理元素沉积与溅射壁材料再沉积等过程，其光学反射率急剧恶化，使用寿命迅速缩短。这直接影响到相关诊断系统运行的工作状态及整体性能，也决定了各种常规光学诊断系统能否应用于各大型托卡马克装置中。托卡马克等离子体运行期间，镜表面沉积是引起第一镜反射率恶化的主要原因之一。采用加热、吹气和机械挡板等方法可在一定程度上缓解第一镜表面的沉积层，减少沉积层对光的吸收和干涉等作用，防止第一镜反射率严重恶化；采用激光清洗和射频和电子回旋共振等离子体清除第一镜表面沉积层，恢复第一镜反射率。但这些方法存在以下缺点:一、加热及吹气仅对第一镜表面碳氢沉积层的抑制效果突出，现阶段托卡马克第一壁材料已逐渐向金属过渡，其对金属杂质的抑制效果不理想；二、第一镜在工作过程中不可避免的将直接暴露于等离子体中，使其表面出现沉积层；三、激光清洗逐点扫描清除第一镜表面的沉积层，清洗速度较慢，第一镜反射率在可见光波段恢复情况不理想；四、电子回旋共振等离子体设备较复杂，不利于将来实现原位清洗，射频等离子体清洗时间较长，第一镜反射率恢复较慢；五、无法根据第一镜沉积层清洗实时状态选择合适的等离子体参数。因此，亟需一种可实现大面积、快速且均匀地清除第一镜表面沉积层，有效恢复第一镜反射率的方法。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，利用磁增强射频等离子体磁场可控等离子体运动的特点，增强等离子体与第一镜沉积层的相互作用，实现大面积，快速，均匀地清洗第一镜表面沉积层，恢复第一镜反射率，并完成对第一镜反射率的实时监控，以解决现有技术第一镜沉积层清洗效率较低，反射率恢复不理想的问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤A:将工作气体连接至磁增强射频等离子体设备，并将受污后的第一镜样品安装至样品靶台上，保证靶台外套与样品呈开路状态；
步骤B:关闭真空室，打开冷却水和气体阀门，随后打开机械栗和分子栗，抽真空至10 2Pa以下时，打开射频电源和气体流量计等，完成放电准备工作； 步骤C:调节射频功率、气体流量等参数获得不同气压和样品自偏压的稳定磁增强射频等离子体，等离子体清洗第一镜表面杂质；
步骤D:同时，打开激光器，并采用焦耳流量计记录经第一镜反射后的激光能量；若激光能量逐渐升高，说明受污第一镜经清洗后第一镜反射率处于恢复过程中，清洗继续；反之，则表明第一镜反射率处于恶化状态，则重复步骤C、D ;若激光能量维持在一定范围内，则表明第一镜表面杂质沉积层已清除完毕，则停止清洗。
[0006]所述磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:所述步骤A中，工作气体为惰性气体，如:He、Ne、Ar等，并根据第一镜样品材料及第一镜沉积层成分选择工作气体种类。
[0007]所述磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:所述步骤B中冷却水与机械栗、分子栗及真空室中样品靶台连接。
[0008]所述磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:所述步骤B中机械栗抽真空至10 - 20 Pa，打开分子栗并抽真空至10 2 Pa - 10 4 Pa。
[0009]所述磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:所述步骤C中调节放气阀和气体流量至真空气压为1 Pa - 2 Pa，随后调节射频功率和射频电源匹配器，使射频反射功率为0，产生稳定磁增强射频等离子体，再将放气阀调节至初始位置，恢复气体流量和射频功率至清洗所需数值。
[0010]所述磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:所述步骤D中实时监测第一镜反射率，其方法为:打开激光器，使激光器光源通过磁增强射频设备玻璃窗口，经第一镜表面反射后，采用焦耳流量计记录经第一镜反射后的激光能量，并与激光输出能量相比较，若比值升高，表明第一镜反射率升高，则继续清洗；比值降低，表明第一镜反射率降低，则重复步骤C、D ;比值不变，表明第一镜表面沉积层清除完成，反射率维持不变，则结束清洗。
[0011]所述磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:一种利用磁场控制所产生的射频等离子体的运动，增强等离子体与第一镜表面杂质材料的相互作用，增加第一镜沉积层清洗和反射率恢复速率的方法。
[0012]磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，其特征在于:一种在第一镜沉积层清洗、反射率恢复过程中可实时监测第一镜反射率变化趋势，并调整合适的射频等离子体工艺参数的方法。
[0013]本发明磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法步骤科学，合理，与现有技术相比，具有实时监控第一镜反射率，并根据清洗过程中第一镜反射率的变化情况调整合适的射频等离子体工艺参数；同时，利用磁场控制所产生的射频等离子体的运动，以增强等离子体与第一镜表面杂质材料的相互作用，增加第一镜沉积层清洗和反射率恢复速率，实现大面积，快速且均匀的清除第一镜表面杂质沉积层，恢复第一镜反射率等优点。
【附图说明】
[0014]图1为磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的装置的结构示意图。
[0015]图2为本发明磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法流程图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本发明中，待清洗第一镜1置于靶台外套17中，然后整体放入真空室内，真空室侧壁上设置真空室舱门3。采用射频电源13通过射频匹配器14向真空室内放电，采用激光器16向真空室中的待清洗第一镜1发射出激光，并采用焦耳流量计15对第一镜1进行测量。同时通过水冷管2向靶台外套17中通入冷却水，真空室一端连通有进气管，进气管上安装有质量流量控制器4、气体阀门5，且质量流量控制器4与质量流量显示器6连接，真空室旁路还连通安装有放气阀7和插板阀8，且放气阀7旁路依次连通有分子栗11、机械栗12。真空室气压采用真空计9进行测量，分子栗11由分子栗电源10供电。
[0017]如图2所示，磁增强射频等离子体恢复第一镜反射率的方法，包括以下步骤:
步骤A:将工作气体连接至磁增强射频等离子体设备，并将受污后的第一镜样品安装至样品靶台上，保证靶台外套与样品呈开路状态；
步骤B:关闭真空室，打开冷却水和气体阀门，随后打开机械栗和分子栗，抽真空至10 2Pa时，打开射频电源和气体流量计等，完成放电准备工作；
步骤C:调节射频功率、气体流量等参数获得不同气压和样品自偏压的稳定磁增强射频等离子体，等离子体清洗第一镜表面杂质；
步骤D:同时，打开激光器，并采用焦耳流量计记录经第一镜反射后的激光能量；若激光能量逐渐升高，说明受污第一镜经清洗后第一镜反射率处于恢复过程中，清洗继续；反之，则表明第一镜反射率处于恶化状态，则重复步骤C、D ;若激光能量维持在一定范围内，则表明第一镜表面杂质沉积层已清除完毕，则停止清洗。
[0018]步骤A中，工作气体一般为惰性气体，如:He、Ne、Ar等，并根据第一镜样品材料及第一镜沉积层成分选择工作气体种类。
[0019]步骤B中冷却水与机械栗、分子栗及真空室中样品靶台连接。
[0020]步骤B中机械栗抽真空至10 Pa左右，打开分子栗并抽真空至10 2 Pa左右。
[0021]步骤C中调节放气阀和气体流量至真空气压为1 Pa左右，随后调节射频功