EAST装置的磁探针设计

介绍了EAST装置中磁探针设计中的结构、安装位置、匝面积的标定、幅频响应,并给出了该磁探针的标定误差和Mirnov线圈幅频响应特征图。两轮EAST放电试验表明,电磁测量的信号满足装置运行和等离子体控制的需要。

多逆变器并联在EAST装置中的应用

"EAST(超导托卡马克核聚变实验装置)"中的快控电源是一种大容量单相逆变电源,其为真空室内部的反馈线圈进行快速励磁以抑制等离子体的快速垂直漂移。为满足其大电流快速响应要求,采用多组逆变单元串联均流电抗器并联运行。文中根据EAST快控电源系统的设计要求,对逆变单元采用电流闭环调节控制,可有效提高系统对低频和直流环流的抑制能力。实验结果说明该系统设计方案合理,控制策略有效。

15kA晶闸管分断开关的改进及其在EAST装置中的应用

介绍了15kA晶闸管分断开关的工作环境及工作原理。在理论分析、仿真及大量实验的基础上,分析了放电回路参数及开关结构参数对分断过程的影响。实验表明,该开关的合理结构形式确保了并联晶闸管元件在分断过程中的一致性。由实验确定的晶闸管元件临界关断条件,为选择合理的(放电回路)电容、电感参数提供了依据,既确保了开关的可靠性、经济性,又保证了开关结构紧凑、美观,其快速、可靠的分断特性可以满足EAST装置系统实验的需求。

EAST装置第一壁热沉冷却结构关键工艺的研究

对由埋管引起的面对等离子体第一壁热沉冷却结构冷却效果的下降进行了实验测量与数值模拟。在相同加热源条件下,比较了热沉内光孔、埋管打压胀管及高温真空埋管钎焊三种工艺实验件的换热效率,并与数值模拟的结果进行比较,确定了合理的计算模型和参数。对高场测的热沉原型件,比较了埋管打压胀管和高温真空钎焊连接换热效率,为EAST热沉冷却结构优化提供了依据。

EAST装置放电预测的初步研究

用托卡马克模拟程序对实验前期的放电进行了模拟,获得了期望的等离子体演化过程及主要参数波形,如极向场线圈电流、等离子体电流、等离子体位置等。通过等离子体控制系统将模拟获取的参数波形用于实验,开展了等离子体R位置控制、完全程序场控制及RZIp控制下的放电模拟对实验的预测研究。模拟结果与实验吻合较好,表明放电模拟具有一定的可预测性,为今后EAST装置开展更深入的物理实验提供了一定的参考。

EAST装置内置低温冷凝泵低温分配阀箱的研制

在全超导磁约束核聚变试验装置EAST中,为了防止杂质从偏虑器靶板附近进入等离子体核心,为EAST长脉冲放电试验提供持续的排灰能力以及装置长冲放电等,低温冷凝泵是必不可少的部件之一,在装置真空室上下安装了内置低温凝泵以提高装置运行参数,为满足低温泵的低温条件,增加一低温分配阀箱给内置低温冷凝泵提供低温条件。文中介绍应用于EAST装置系统中的内置低温冷凝泵分配阀箱研制的技术要求、冷却流程、结构特征。

EAST装置上ERD光谱诊断系统设计

在EAST装置上研制了一套边界旋转测量系统（ERD）用于测量边界等离子体环向/极向旋转速度和离子温度分布。前置收光系统采用了嵌入式（plug-in）结构，便于系统调试与维护。光谱仪设计成多入射狭缝结构，可容纳更多的光纤，提高了其利用率。探测器选用了高灵敏度和高动态范围的电子倍增 CCD（EMCCD）探测器。使用了含高OH基浓度的石英光纤，可以承受一定剂量的中子辐射。系统设计的测量波段为350~800nm，最高时间分辨为15ms，空间分辨为1cm。低杂波注入下的实验结果与早期 EAST 上二维弯晶谱仪与快速往复探针联合实验的结论一致。

EAST装置固有杂质驱动蛇形振荡行为研究

利用多阵列高时空分辨的软X射线阵列成像系统对EAST芯部固有杂质驱动的蛇形振荡进行时间动态演化和空间结构反演研究,研究了实验上发现的两种时空行为明显不同的两类蛇形振荡,一类具有字母V或W形状的动态频谱,空间上为理想近圆状热芯结构;另外一类蛇形振荡和锯齿崩塌共存,振荡的频谱呈现手掌状,空间上为很大的电阻性月牙形磁岛结构。结果表明,锯齿共存的蛇形振荡的饱和径向扰动位移通常比无锯齿的蛇形振荡大,并且会触发边界的新经典撕裂模。

EAST装置外杜瓦抗震性能的计算分析

应用有限元分析软件ANSYS建立了EAST装置外杜瓦结构的三维有限元计算模型。在模态分析的基础上,根据《核电厂抗震设计规范》要求设计的地震响应谱作为输入条件,对EAST装置外杜瓦结构进行了地震响应分析计算。计算结果表明,地震动作用下EAST装置外杜瓦的位移和应力响应比较小。依据评判标准,EAST装置外杜瓦结构设计在地震动作用下能满足抗震设计强度要求,能保证装置的抗震安全。

EAST装置离子回旋加热天线电流带热结构分析

介绍了EAST装置新型离子回旋加热(ICRH)天线电流带的设计结构。通过对电流带实际工况的计算得出电流带的工作温度分布,以此来模拟实际工作条件下电流带的热载荷承受能力以及对电流带结构的影响。论证了在实际工况热载荷条件(0.2MW)下,电流带辐射面温度及电流带整体结构强度满足设计要求。

EAST装置低杂波电流驱动效率分析

在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系,计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率,即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化,将所有数据绘制在同一曲线中,这样可以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率η0=(0.5～1.3)×1019A.m-2.W-1,在等离子体电流Ip=277kA、低杂波功率PLH=681kW条件下,实验得到长达3s的低杂波全波驱动。

EAST装置RMP线圈电源的优化设计

对EAST装置中边界局域模等相关物理现象研究的要求,RMP线圈电源需要有更大的承载电流能力,同时提高响应速度和减小输出电压纹波。对于一期RMP线圈电源的拓扑结构、主回路参数进行了优化设计,结合理论计算、MATLAB仿真和实际测试验证了设计方案的可行性,实验结果表明二期RMP线圈电源在响应速度、承载电流能力和电压纹波方面相比一期均表现得更好,达到优化的目的。

EAST装置PKR251型真空规管的修复及标定技术研究

EAST装置复杂的真空系统需要大量PKR251型真空规管实时测量,并获得准确的真空度数据,但是长时间运行后会出现测量结果不准的现象。PKR251型真空规管的修复和标定技术是通过对规管内部电极、极板等关键部件的去污(更换)、清洗和烘烤处理,修复计量不准或错误的真空规管。搭建规管标定平台模拟EAST装置的真空环境,通过控制充入真空室内高纯氮气的充气速率,改变真空室内的气体压力,比较单个规管与标准规的读数,判定规管测量准确度,实现规管标定。标定实验发现修复后的PKR251型规管在不同压力下线性度较好,满足EAST装置真空测量要求。

EAST装置ICRF天线电特性分析与优化研究

射频波加热是磁约束核聚变装置的重要加热方式。本论文基于EAST装置离子回旋共振(ICRF)加热天线结构和运行参数,运用高频分析方法对ICRF天线开展电特性分析模拟,获得ICRF天线射频电势和电场分布特性,初步评估了天线电特性。基于天线电场分布特性和分析结果,从天线结构和运行相位两方面对ICRF天线电特性进行了优化,优化后通过分析结果表明:ICRF天线射频鞘电势和电场均有很大的改善和降低。分析方法和结果为EAST装置ICRF天线和其他同类装置设计、分析提供了有益的参考和借鉴。

EAST装置等离子体逃逸电子同步辐射行为的实验研究

通过红外可见内窥镜诊断系统对EAST等离子体芯部逃逸电子的同步辐射功率谱进行了分析,得出低能段逃逸电子同步辐射主要在红外波段,随着逃逸电子能量的增加,同步辐射向短波方向移动进入可见光波段。在欧姆放电条件下,对逃逸电子同步辐射所产生的的红外可见光进行了成像分析,同时研究了EAST等离子体在低杂波和中性束注入加热条件下的逃逸电子行为。实验结果显示,低杂波和NBI的投入总体抑制电子的逃逸,但低杂波投入初期产生的快电子对逃逸电子的产生具有促进作用。

EAST装置大型低温杜瓦中内外冷屏系统的检漏

针对EAST装置大型低温杜瓦中内外冷屏系统存在的泄漏及对外真空室真空度的影响,采用氦质谱负压真空、正压真空及吸枪法相结合的方法,确定了多处泄漏点并分析了泄漏原因,通过修复使EAST外真空室低温运行时的压强﹤1×10^(-4)Pa,满足了EAST外真空室运行的需要。EAST内外冷屏系统的检漏方法和经验可以运用到大型、复杂的和具有狭小活动空间的真空系统检漏,尤其是对多管道、复杂材料的检漏具有一定的参考价值。

EAST装置氦等离子体用于极紫外光谱的绝对强度标定

利用EAST装置氦等离子体放电密度极限实验,观测了高电子密度下极紫外波段高信噪比的连续轫致辐射,实现了极紫外(EUV)波段绝对强度的原位标定,获得了10~65Å波段快速极紫外光谱仪系统的响应率曲线。并对等离子体中的杂质特征谱线进行了绝对强度测量,得到了CⅥ、NⅦ以及OⅧ等特征谱线强度随放电时间的演化。

中国科学院合肥物质科学研究院EAST装置物理实验实现1.2亿度101秒等离子体运行

2021年5月28日凌晨,中国科学院合肥物质科学研究院全超导托卡马克装置EAST(东方超环)控制大厅传来捷报,正在开展的第16轮EAST装置物理实验实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行,再次创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。

浅谈EAST装置性能提升项目进度管理

针对国家大科学装置工程的特点,本文以EAST装置性能提升项目为研究对象,以进度管理理论和研究成果为基础,借助项目管理软件,将理论、软件工具使用和项目特点相结合,从进度管理中的进度计划编制、进度计划的优化和动态控制三方面展开分析和探究,以期对大科学装置工程进度管理方面的工作进行有益探索。

中国“人造太阳”EAST装置实现1亿摄氏度等离子体运行

有“人造太阳”之称的全超导托卡马克大科学装置EAST实现了1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破。今年EAST实验重点开展了高功率加热下堆芯物理机制研究的系列实验,通过优化稳态射频波等多种加热技术在高参数条件下的耦合与电流驱动、等离子体先进控制等,实现加热功率超过10MW,等离子体储能增加到300kJ;在电子回旋与低杂波协同加热下,等离子体中心电子温度达到l亿摄氏度。该实验实现了高约束、高密度、高比压的完全非感应先进稳态运行模式,为正在进行的中国聚变工程实验堆(CFETR)设计提供了重要的实验依据与科学支持。