在未来以D-T为燃料的大型磁约束聚变反应堆如ITER中,随着运行时间的延长和器壁材料腐蚀的加剧,等离子体与器壁相互作用会导致灰尘的大量产生。由于灰尘具有潜在的化学活性、化学毒性、化学反应性,限制了灰尘在装置内的库存量,对装置运行和安全、人身和环境存在严重挑战,同时它既是严重的杂质源又是氢同位素的滞留源,对等离子体能量辐射损失和再循环控制带来不同程度的影响。灰尘问题已成为未来聚变反应堆运行需要面对的首要问题之一,灰尘的产生与清除是当前和未来托卡马克物理研究中的重要课题。本文主要介绍近年在HT-7和EAST托卡马克上灰尘研究的主要结果。　　 对HT-7和EAST中的灰尘进行了收集和分析,发现两者中的灰尘具有类似的特征。灰尘具有很丰富的形貌和成分,表明灰尘具有丰富的形成机制,比如来自材料的刻蚀、沉积层和硼膜的脱落。灰尘的主要成分为C、Si、Fe、B,尺度可以在纳米量级到几百个微米内变化,20-50微米的灰尘在微米量级的灰尘中占主导。灰尘的库存分布很不均匀,在等离子体阴影区较多,第一壁表面较少,且不同位置的灰尘其形貌和平均尺度差异很大。TDS分析显示EAST灰尘中D的滞留率约为7.6×1018atoms/g,而典型的再沉积层中D的滞留率约为7.S×1020atoms/m2。　　 利用CCD视频对EAST中灰尘的产生情况进行了统计,发现等离子体电流、位移和等离子体放电位型对灰尘产生存在重要影响。灰尘的产生量随电流的增加而增加,剧烈的位型变化和等离子体位移会导致大量的灰尘产生。在等离子体放电不同阶段及运行期不同阶段灰尘的产生特征不同,长脉冲放电会在偏滤器靶板处产生热斑,并由热斑处产生大量灰尘。主活动限制和偏滤器靶板是灰尘产生的主要场所,因为在于这些表面直接与等离子体发生相互作用。　　 样品实验结果显示所有的样品表面都有灰尘和沉积膜的存在,不同方向的样品,其灰尘的数量、沉积膜的分布区域以及沉积膜的厚度存在较大差异,电子侧具有最多的灰尘和最厚的沉积层分布。灰尘和沉积层具有相似的元素成分,一些灰尘生长在沉积膜上,而一些突起的沉积层也可能剥落成灰尘,证实沉积层和灰尘存在相互的转化。装置高场侧面对等离子体表面及限制器表面主要表现为净腐蚀,而低场侧SOL区、偏滤器底部主要变现为净沉积。　　 在HT-7中进行了气凝胶灰尘收集实验,在10次等离子体放电中收集到许多可见的灰尘,表明气凝胶可以对SOL区的灰尘进行有效抓取而不影响等离子体性能。高能灰尘与气凝胶碰撞后的轨迹表现为弹坑,对27个弹坑分析发现弹坑呈圆锥形,其平均半径、深度、体积分别为479μm、420μm、2.2×10-4cm3。轨迹边缘的气凝胶由于被灰尘挤压、软化、融化而具有更大的密度。灰尘粒子入射过程中可能发生了质量损失,导致弹坑内表面被镀上一层C膜。简单的分析表明被捕获的灰尘粒子速度至少在几百米/秒,且HT-7中很可能存在速度超过1km/s的高速灰尘粒子。被捕获的灰尘粒子体积可在10-13m3到10-11m3变化,其主要成分是C。灰尘入射时会溅射出比自身体积大得多的气凝胶,被打出的气凝胶与入射灰尘粒子的体积比约等于50,而质量比约等于5。　　 总之,HT-7和EAST中灰尘研究的初步结果对了解灰尘的基本特征、灰尘与在沉寂层之间的关系、等离子体放电过程中灰尘的产生特点具有重要意义,也为未来大型聚变装置如ITER中灰尘的预测提供数据积累。