国家重大科技基础设施运行管理的改进方法与实践——以EAST全超导托卡马克核聚变实验装置为例

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所先后建成中国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置,以及世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)。为持续改进EAST的运行管理,从顶层设计、组织实施和评估评价等方面分析EAST管理实践的有关探索与创新,具体包括:建立所领导、物理与实验运行部至一级系统的三级管理体系,能够更好围绕成果产出进行统一规划和分级管理;基于“计划—实施—检查—行动(PDCA)”管理理论,形成覆盖EAST运行周期的全过程管理机制;通过国内外评估制定设施中长期、近期计划,设置物理与实验运行部,负责主导EAST装置运行计划与目标的制定。另外,根据设施构成、结合运行需求设置一级系统,起用青年骨干担任负责人,分解任务、明确责任;同时,加强设施运行评估,部署实施系列改进举措,如优化基础研究组织模式和管理方式、创新国际合作模式等。根据EAST运行管理经验,对中国重大科技基础设施的运行和管理提出优化科研组织模式、完善管理方法、建设大科学工程团队、加强开放与合作等对策建议。

EAST全超导托卡马克装置

EAST全超导托卡马克装置坐落于安徽省合肥市的科学岛,是我国自主设计、研制并拥有完全知识产权的国际首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置,有“人造太阳”之称。EAST由Experimental(实验)Advanced(先进)、Superconducting(超导)、Tokamak(托卡马克)这4个英文词首字母拼写而成。

先进超导托卡马克实验装置等离子体密度远程控制系统

在先进超导托卡马克实验装置实验阶段,与密度控制有关的实验数据和信息存储在实验现场的计算机系统中,对这些数据进行分析研究时需要到现场才能采集或获取。设计了托管控件,用于等离子体密度远程控制系统业务逻辑的封装,实现了增强型的B/S计算结构,解决了远程控制过程中复杂的科学计算,并实现了实验进程的同步监视。还在数据交换机制中部署了Web Services和Data File Services两层服务,有效地维护了数据传数链路的松散耦合特性。实验证明,它不仅实现了密度的远程控制功能;而且在目前的托卡马克实验情况下,具有较好的数据传输性能。

EAST超导托卡马克装置主机支撑结构极低温条件下应力应变分析

报道了国家"九五"重大科学工程EAST超导托卡马克核聚变实验装置中心液氦冷却冷质部件的钢/高分子复合材料支撑装置在模拟冷却收缩条件下的应力应变分析结果。单个支撑结构由高分子复合材料桶状结构固定在垂直薄板板簧结构上部组成。实验表明该支撑装置在顶部水平负荷作用下发生S型扭曲,而不是简单的悬臂梁式形变。支撑部件整体在试验范围内,在常温、低温条件下均对外加顶部水平推力呈线弹性形变。但在低温下,环氧树脂部件与不锈钢板簧结合部的应变,随外力呈非线性弹性形变,这与室温下的线性变化成鲜明对照。低温下整个部件刚性增加,与常温比较,同等水平位移需要的外力增加,但是环氧树脂部件上的应力反而较常温下显著减小;不锈钢板簧底部上部与环氧部件结合部应力则显著增加。

EAST全超导托卡马克装置失超保护检测技术的现状及发展

EAST装置是"九五"国家重大科学工程项目之一,做为世界上第一个全超导托卡马克装置,其纵场和极向场线圈全部由超导磁体组成,进行安全,准确,有效的失超保护是装置安全运行的首要环节。如何在全超导托卡马克装置这样复杂的电磁环境进行失超检测在世界上也无先例可寻。EAST上失超检测系统经过几十轮单饼超导线圈实验及两轮装置正式放电实验后逐步建立和完善起来,并已通过工程验收达到装置实验运行要求。主要介绍了EAST超导装置失超检测系统的基本结构和检测原理,同时还简述失超检测技术的发展并给出了实验结果。

HT-7U石墨材料在HT-7超导托卡马克装置的先行实验

通过对 1种新型石墨材料进行等离子体轰击实验 ,近似计算出材料的热导率大约为 70W /m·K ,石墨可以承受高达 2 41MW/m2 的能流密度 (实验中最大值 )。模头位置及波加热条件下 ,石墨受等离子体轰击程度的不同 ,主要与轰击粒子能量有关。在等离子体能量梯度方向改变石墨位置比增加等离子体能量更易达到大的能流轰击。石墨材料的抗轰击能力及抗溅射能力都比较好 ,在长时间等离子体轰击情况下 ,由石墨材料产生的杂质足够低 ,不影响等离子体放电 。

超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）通过国家验收

由等离子体所承担的国家重大科学工程项目EAST超导托卡马克核聚变实验装置于2007年3月1日通过国家发改委组织的竣工验收。该项目工程在建设过程中自主发展了65项关键技术和新技术，形成了一系列技术生长点，创造了多个国内乃至国际第一。如，自主生产了EAST所需的总长度达35公里的大电流铠装电缆超导导体（CICC），这不但使中国的CICC制造技术处在世界先进行列，产量达世界第一，

EAST超导托卡马克冷屏结构与受力分析

EAST是一个全超导磁体系统的托卡马克实验装置,超导纵场和极向场磁体工作在4K温区下。在磁体和其它发热部件之间布置有冷屏系统,以减少作用到所有低温冷质部件上的热载,将其保持在最低水平。该系统包括真空室冷屏(内冷屏)和外真空杜瓦冷屏(外冷屏)两部分。在分析了冷屏低温运行时所受热应力以及等离子体破裂时所受电磁载荷的基础上,运用大型有限元分析程序NASTRAN,对其不同载荷状况进行了数值计算,为其结构设计与优化提供了理论依据。

国家重大科学工程“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”通过国家验收

3月1日，国家重大科学工程项目“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”在合肥顺利通过了由国家发改委组织的国家峻工验收。

EAST托卡马克上共振磁扰动对锯齿行为的影响

锯齿振荡是托卡马克装置上常见的磁流体不稳定性之一.先进实验超导托卡马克(experimental advanced superconducting Tokamak,EAST)装置放电中观察到外加共振磁扰动(resonant magnetic perturbation,RMP)会影响锯齿振荡行为.本文研究了环向模数n=2的RMP对锯齿周期的影响.通过RMP线圈相位差扫描实验发现,当RMP上下线圈(n=2)相位差ΔφUL发生变化时,扰动场的谱型发生变化,锯齿周期和崩塌幅度也随之发生明显的改变.单流体电阻磁流体力学(MARS-F)程序分析表明,在相同实验条件下,当RMP上下线圈(n=2)相位差为ΔφUL=270°时,等离子体芯部区域的响应最强,此时锯齿周期和幅度最小.锯齿行为的改变可能与RMP引起的快离子损失相关.该研究利用RMP上下线圈(n=2)实现对锯齿行为的有效调控,有利于未来EAST发展高比压放电条件下的大锯齿自动控制技术.

EAST超导托卡马克装置外真空杜瓦容器的制造

本文介绍了中国科学院等离子体物理研究所EAST（HT-7U）全超导托卡马克实验装置外真空杜瓦大直径不锈钢高真空容器的制造工艺方案，以外真空杜瓦筒体部件和上封头部件的制造工艺为例，分析了制造中的工艺难点，提出了相应的对策．为今后同类大型不锈钢高真空容器的制造，为确保产品质量、简化工艺装备设计、加快制造进度提供了工艺措施，积累了经验。

EAST托卡马克的中性束注入方案

高能中性束注入(Neutral beam injection,NBI)是核聚变装置托卡马克采用的芯部辅助加热和非感应电流驱动主要手段之一。本文介绍了国家大科学工程全超导托卡马克实验装置(Experimental advanced super- conducting tokamak,EAST)上的高能NBI加热方案及注入器的工程要求,并讨论了中性束在EAST等离子体中的传输等相关问题。

我国全超导托卡马克核聚变实验装置获重大突破

日前，中科院合肥物质科学研究院全超导托卡马克核聚变实验装置EAST成功实现了电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电，这是国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。

以探索无限而清洁的核聚变能源为目标的EAST超导托卡马克装置

据新华社合肥1月15日电继去年9月首次成功放电后,位于我国合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置(EA5T)14日23时01分至15日1时连续放电4次,单次时间长约50毫秒,从而标志着第二轮物理实验的开始。

我国全超导托卡马克核聚变实验装置获重大突破

1月28日凌晨零点26分，中科院合肥物质科学研究院全超导托卡马克核聚变实验装置EAST成功实现了电子温度超过5000万℃、持续时间达102S的超高温长脉冲等离子体放电．这是国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万℃持续时间最长的等离子体放电．

中国“超导托卡马克核聚变实验装置”通过国家验收

中国科学院新闻办公室向媒体发布信息称，国家重大科学工程项目、俗称“人造太阳”实验装置的“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”2007年3月1日在其所在地安徽合肥成功运行并顺利通过国家峻工验收。

EAST全超导托卡马克完成首次工程调试

由我国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克EAST（原名HT-7U）核聚变实验装置，于2月1日到3月17日成功进行了首次工程调试。本次工程调试的主要目的是检验主机的性能以及相关分系统的能力，探索未来可行的运行模式，测量土机和主要分系统的关键技术参数，验证各种安全保护系统的可靠性，为年内成功运行提供必要的数据和积累经验。在调试中，最受关注的低温调试和磁体通电测试获得圆满成功。

EAST托卡马克拉长位形演化的数值模拟

文章利用TSC对先进实验超导托卡马克(EAST)拉长偏滤器位形的放电进行了数值模拟,放电全过程中等离子体电流、等离子体大半径、小半径、拉长比随时间演化的模拟结果与实验结果及与EFIT反演结果吻合很好,为相关实验和开展更深入的EAST放电模拟研究提供了理论依据。

EAST实验数据发布与信息交流系统设计

EAST实验过程中会产生大量数据,包括参数配置信息、实时诊断与控制数据、日志数据等,是实验人员和物理学者分析和交流实验进展的基础。为提供便捷高效的数据访问平台,设计并实现了基于移动端的EAST实验数据发布与信息交流系统。系统通信部分通过集成第三方通信SDK,实现了全功能即时通信;实验数据发布部分由参数订阅、EPICS状态参数发布、MDSplus信号发布和PCS日志发布4个功能模块组成,基于Redis发布订阅模型设计实现,首次将分布式技术引入EAST实验数据发布领域。实际应用效果显示,该系统基本能帮助实验人员和物理学者实现实时获取实验数据和实时交流。