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。

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。

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。

EAST装置等离子体放电排气及其成分分析

在磁约束聚变装置中,高温等离子体放电中粒子的实时排出不仅可以减少燃料粒子在第一壁的滞留,还可以排出一定的杂质,有利于下一次等离子体放电的实现。对于未来聚变装置,如ITER,还有利于减少氚滞留导致的装置安全问题。本文根据EAST全超导托卡马克装置不同等离子体放电参数和不同第一壁条件下的放电实验,主要研究了等离子体破裂和锂化壁处理对粒子排出的影响。初步研究表明,等离子体破裂导致更多的粒子排出,并且排出气体中杂质含量降低;而锂化壁处理可以减少粒子排出,但杂质含量增高。这些研究可以为未来高参数等离子体运行找到一种实时降低壁杂质及减少壁滞留的方法提供参考,也对研究等离子体参数对等离子体排灰气成分分析有着参考价值。

超导磁体技术与磁约束核聚变

[目的]磁约束核聚变是解决能源问题的有效途径之一。为了实现准稳态运行,超导磁体(特别是高场高温超导磁体)已成为未来托卡马克设计的首选方案。[方法]介绍了EAST的最新实验进展及未来研究计划,并从超导磁体技术方面总结了未来聚变装置CFETR的最新进展。[结果]2021年底,世界首个全超导托卡马克EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)成功实现1 056 s长脉冲高参数等离子体运行,创造最长运行时间的世界记录。[结论]中国聚变工程试验堆(CFETR, China Fusion Engineering Test Reactor)的设计已经完成,它将填补国际热核聚变实验堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)和示范堆(DEMO)间的空白。

超导托卡马克核聚变实验装置

综述及基本情况设施概述大型非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)是我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置,2007年正式投入运行,也是世界上第一个投入运行的全超导托卡马克装置,具有非圆截面、全超导及主动冷却内部结构三大特点,有利于探索等离子体稳态先进运行模式。EAST虽然比国际热核聚变实验堆(ITER)小,但位形与之相似且更加灵活,其工程建设和物理研究可为ITER和未来中国聚变工程实验堆(CFETR)的建设和稳态运行提供直接经验,进而为支持聚变能发展作出贡献。目前ITER仍在建设阶段,计划2025年开始调试运行,其间EAST将是国际上极少数可开展与ITER相关的稳态先进等离子体科学和技术问题研究的重要实验平台。近年来,EAST辅助加热系统正式投入运行,EAST已经拥有多种ITER相同的高功率辅助加热和电流驱动手段,加上一批新诊断的建成,EAST物理研究能力得到了极大的提升,为未来开展高水平的科学实验奠定了坚实的基础。

EAST上极向场线圈位置测量方法的研究与设计

文中对EAST(全超导托卡马克装置)上极向场线圈位置测量方法进行了研究与设计。以电磁学为理论基础,反复采用了划分网格和线性最小二乘方法,编写了计算机程序对极向场线圈进行模拟磁测量,并用放置磁探针的方法进行实际磁测量,最后综合模拟值和实际测量值拟合出线圈偏移后的位置。计算机仿真结果证明了该方法的正确性,并具有很高的指导和实际意义。

基于PXI的EAST中央定时系统的实现

中央定时系统是国家大科学工程EAST全超导托卡马克装置总控系统的重要组成部分,用于同步EAST各子系统精准投入实验的时序。该系统基于PXI工业级设备,可提供频率范围从1 Hz～80MHz的参考时钟信号,并利用RIO模件的FPGA定制板卡,产生从1 ms～6 872 s延迟触发信号;同时该系统能够采集信号,并能根据检测的信号,实时触发相应处理机制。中央定时系统运行稳定可靠,已成功应用于"2010年秋季EAST放电实验"。

人造太阳与人类终极能源

在合肥西郊风景秀美的蜀山湖畔,有着一座神秘的董铺岛。董铺岛三面环水,绿树成荫。全岛面积约2.65平方公里,岛上坐落着中国科学院在合肥的各个科学研究机构,是我国一个重要的科学研究基地,因此称之为科学岛。前不久,我们专程前往拜访了这里的中科院等离子物理研究所,考察了闻名遐迩的世界上第一台非圆截面全超导托卡马克实验装置,听专家学者讲述核聚变的发展前景,亲身感受人类科学家探索和平利用核聚变,追寻终极能源的前进步伐。