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。

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。

托卡马克超导磁体失超电压探测技术

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案,介绍了失超电压探测的基本原理和过程。并以全超导托卡马克实验装置(EAST)为例,分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制,提出两级解耦补偿方案,并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制。[结果]实测结果表明,该补偿方案能够实现99.9%以上的噪声抑制比,有效改善失超探测的信噪比和可靠性。[结论]建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置,从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累。

EAST超导托卡马克偏滤器水冷结构设计

介绍了EAST超导托卡马克偏滤器的结构和相关分析,并对第一壁材料的导热性能和结构的换热效果进行了实验测试,验证了结构的可靠性。

全超导托卡马克中性束注入系统离子吞食器工程设计

结合全超导托卡马克中性束注入系统(EAST NBI)的工作原理,采用水冷热测靶形式的离子吞食器回收和测量未被中性化粒子。根据EAST NBI系统对离子吞食器物理特性、空间限制、测量需求及冷却性能等方面的要求,对靶板材料选择、结构设计及布置等进行了分析,给出了离子吞食器具体设计方案。该方案单侧吸收靶板呈V形结构,单个靶板冷却方式采用内置并联冷却水管结构。根据该方案加工获得了EAST NBI系统离子吞食器装置。仿真和实验校验结果验证了本装置可以满足NBI系统4MW高功率、10s长脉冲的运行要求。

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。

核聚变能源和超导托卡马克——“九五”重大科学工程EAST通过国家验收

核聚变能的开发研究在托卡马克类型的磁约束装置上取得了重大进展;超导、特别是全超导托卡马克因此成为建造未来先进聚变堆工程、物理前沿研究领域;中国用最少资金,最快速度在世界上率先建成ITER类型的全超导托卡马克,因而受到国际聚变界高度关注和赞赏。

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。

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．

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安全联锁监管系统设计

全超导托卡马克装置(Full Superconducting Tokamak,FST)所有主要磁体均为超导磁体,其运行风险大大高于现有的其它超导托卡马克。EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)是一个全超导托卡马克装置,为了避免人员和装置出现意外事故,建立了联锁系统与安全系统。安全联锁监管系统位于EAST联锁系统与安全系统的顶层,协调各分控系统的安全运行。根据EAST安全联锁系统的需求,采用可编程逻辑控制器、联锁信号光纤网和光电转换设备,建立了安全联锁监管系统,实现了事件收集、信号循环扫描、保护动作输出、系统状态和故障日志信息记录和实时监控等功能。该系统实际扫描周期平均值约0.7 ms,最大值约3 ms,达到了EAST安全联锁系统的要求。

EAST安全巡检与联锁保护系统设计与实现

全超导托卡马克系统不同于常规托卡马克系统,有独特的运行特性和更高的运行风险。安全巡检与联锁保护系统是托卡马克系统中必不可少的一个重要组成部分。EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)是我国自主研发的世界上第一个全超导托卡马克系统。本文详细分析了EAST的主要运行风险,针对运行风险制定的各子系统的安全监测和保护机制,及分布式EAST安全巡检与联锁保护系统的系统体系结构和系统的实现。EAST已在中国科学院等离子体物理研究所建成并于2006年9月运行成功,获得等离子体,本系统已在EAST装置的2006～2007年度的几轮实验中成功应用。

基于LightGBM的EAST杂质破裂预警

对全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)运行放电期间发生的杂质破裂进行预测对未来的聚变装置的长脉冲稳态放电有重要意义.根据杂质破裂的物理特性筛选出的2018年的334炮杂质破裂炮数据以及2021年的1628炮非破裂炮作为训练炮,再由等离子体平衡、密度、电流以及辐射等8种诊断信号组成的训练样本以LightGBM算法训练出杂质破裂预测模型.实验结果表明LightGBM算法模型可以对杂质破裂进行准确预测(成功预测率96.29%),非破裂炮的误判率6.87%.研究结果证明利用LightGBM进行EAST等离子体杂质破裂预警是可行的方案.

EAST中央控制系统

描述了EAST中央控制系统和EAST虚拟合作实验室系统的体系结构和各个部分的主要功能和设计思想。EAST中央控制系统主要功能是协调统一各个控制、诊断、采集子系统,为各个子系统提供统一的控制接口。EAST中央控制系统制定和规范了与各分控系统之间的通信协议,加强了对各分控系统的控制,统一和规范了控制数据的发布和控制参数的设置。系统按照功能模块设计和实施,有效地提高了系统的升级和扩展能力。

我国建成世界首个全超导“人造太阳”实验装置

中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕。进入抽真空降温试验阶段。EAST工程是国家“九五”重大科学工程项目，工程总投资近3亿元人民币，在进行一段调试和修改补充工作后，预计今年七八月份正式运行，进行放电试验。据介绍，核反应有核裂变、核聚变两种形式。世界上目前开发使用较多、用于民用的核能利用方式主要就是利用放射性元素铀、钚等可控制之下的裂变产生能量，如核能发电等；

EAST装置2kW/4.5K氦制冷机透平膨胀机的测试

EAST装置于2006年成功进行工程调试和物理实验,全部超导磁体均已冷却到液氦温度,并获得了第一次等离子体。低温系统共有4台俄制氦透平膨胀机,通过气体绝热膨胀来获得低温。实验表明4台透平的设计满足EAST装置对冷量的需求,透平效率略低于设计值,流量比设计值大。介绍了EAST低温系统中4台透平膨胀机的设计参数、启动过程和运行,并对透平膨胀机在运行过程中的性能参数进行测试和分析。

EAST偏滤器钨铜单体水冷模块参数优化

介绍了EAST超导托卡马克偏滤器的最新冷却模块结构。利用FLUENT有限元软件对不同参数下的模型进行了稳态热分析,定量研究了冷却模块换热能力随各参数的变化规律。针对EAST装置给出了初步优化的参数范围,为水冷钨铜偏滤器的设计制造提供了参考。这对于托卡马克装置及聚变堆偏滤器研究具有十分重要的意义。

EAST低温系统又一新降温模式

EAST氦低温系统是EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;到目前为止,EAST已经成功进行了6次降温实验。第四次降温实验于2008年8月完成,这次降温实验与前几次降温实验很不相同。前3次的降温实验冷却磁体依赖四台透平膨胀机(透平A、B、C和D),透平B、C和D获得LHe去冷却PF和TF磁体、5&8对电流引线和busline到相应的温度。透平A用于制取80K的冷量冷却外冷屏。而此次降温是采用3台透平膨胀机(透平A、B和C),透平B和C与节流阀获得LHe去冷却PF和TF磁体、5&8对电流引线和busline到相应的温度。透平A还是用于制取80K的冷量冷却外冷屏。此次整个降温过程大概用了20天,比以前多耗时25%;文中给出了透平的启动过程、磁体冷却过程和一些操作经验。