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。

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。

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。

HT-7U超导托卡马克装置真空室结构数值分析

真空室作为HT-7U超导托卡马克核聚变试验装置主机关键部件,是等离子体运行的直接场所,在装置运行期间,它不仅受到电磁载荷,而且还会受到夹层内压力硼化水和250℃高温烘烤所产生的热应力。首先采用数值模拟方法分析了真空室在等离于体突然破裂以及垂直位移事件诱发HALO电流所产生的电磁载荷,然后借用大型有限元分析程序COSMOS和NASTRAN,分析了真空室在各种工况下的应力分布和位移变形,为超导托卡马克同类装置真空室的结构设计提供了有价值的理论依据。

中国的超导托卡马克装置HT-7U用炭基面对等离子体材料的研究(英文)

聚变能作为一种潜在的替代能源 ,可以为将来提供清洁和无穷尽的能源供给 ,引起中国政府的高度重视。一项国家大科学工程“超导托卡马克HT 7U的建造”目前正在中国科学院合肥等离子体物理研究所实施。考虑到HT 7U将运行在高热负荷和近稳态的工作条件下 ,研究和选取面对等离子体候选材料就显得极为重要。中国科学院山西煤炭化学研究所和合肥等离子体物理研究所合作致力于HT 7U用炭基面对等离子体材料的研究和开发。本文主要介绍了聚变能的优点 ,有关聚变研究的一些基本概念如托卡马克 ,等离子体 ,面对等离子体材料 ,壁材料和等离子体间的相互作用行为等。给出了HT 7U用炭基面对等离子体材料的主要结果。

HT-7超导托卡马克装置真空系统参数的标定及分析

主要介绍HT 7超导托卡马克装置真空系统参数的标定和分析。在有无低温泵工作条件下 ,分别测量了HT 7真空系统对氢气、氘气、氦气和氮气的抽速曲线。分析包括器壁吸附等因素对HT 7真空系统不同气体抽速的影响。同时简单分析了在不同情况下 ,装置真空分布情况 ,为实现HT 7装置气体平衡提供参考。讨论和测量如何利用质谱计来分氦和氘。

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，

世界各超导托卡马克装置冷屏结构的设计

简要介绍了应用于磁约束热核聚变实验研究的超导托卡马克装置 ,重点叙述了当前世界上各超导托卡马克装置的重要部件冷屏的结构设计情况。

HT-7U托卡马克装置中超导螺管模型磁体的设计与实验研究

介绍了 TH- 7U超导 Tokamak核聚变装置中超导螺管模型磁体的设计过程及其电磁与力学性能分析。并通过对其进行的大型超导试验获得了一些重要参数 ,这些参数的取得将对 HT-7U装置中超导磁体的工程设计具有很重要的指导意义。

HT-7托卡马克装置纵场超导磁体失超保护可靠性研究

重点介绍 HT- 7超导托卡马克纵场失超保护可靠性措施 ,如双门限信号相与、双通道信号处理、前馈补偿、高频滤波等 ;简明介绍了托卡马克装置运行中失超发生的规律性。

HT-7U超导托卡马克装置装配方案概述

HT 7U超导托卡马克核聚变实验装置的科研目标是建造一个具有非圆截面的大型超导托卡马克装置,用来开展稳态、安全、高效运行的先进托卡马克聚变反应堆基础物理问题的实验研究。讨论了HT 7U装置主机关键部件的构成,装配过程中对各关键部件装配的精度要求,建立了总装测量系统确保关键部件的装配精度。

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。

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。

EAST托卡马克装置上TOF谱仪屏蔽体设计的模拟计算

采用中子飞行时间谱仪测量EAST装置上的中子能谱时,对于散射量的屏蔽是能否得到有效数据的关键。本文利用三维蒙特卡罗输运程序,通过对EAST托卡马克装置的细致建模,对大厅环境的散射量进行了模拟计算,在考虑了各散射体贡献的基础上,采用叠代计算的方法,提出了满足双晶TOF谱仪屏蔽体的优化设计方案,为后续EAST装置上TOF的有效运行提供了关键技术支持。

超导托卡马克装置中脉冲热负荷的调控方法

由于超导托卡马克装置等聚变实验设备运行过程会产生较强的脉冲热负荷,这将对其配备的氦低温制冷系统的稳定运行提出更加苛刻的要求。本文介绍了大型氦低温制冷系统的一般流程,对比了三种超导托卡马克装置中产生的脉冲热负荷特征,并系统分析了超导托卡马克装置中低温制冷系统应对不同脉冲热负荷时的调控方法,为此类低温制冷系统的调控提供工程经验。