EAST
时间 : 2016-01-28     

一、EAST简介

    EAST是我国自行设计研制的世界上第一个“全超导非圆截面托卡马克”核聚变实验装置,它同时具有上亿温度的“超高温”、零下269度的“超低温”、“超大电流”、 “超强磁场”、“超高真空”等极限条件,项目难度非常大,它的成功建设和运行是中国可控核聚变研究的里程碑式突破。

    EAST原名“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置”,为使国内外专家易于发音、便于记忆同时又有确切的科学含义,项目的名称在2003年10月正式由HT-7U改为EAST。它由四个单词的首字母拼写而成——实验“Experimental”、先进“Advanced”、超导“Superconducting”、托卡马克“Tokamak”,它的中文意思是“先进实验超导托卡马克”,同时具有“东方”的含意。中文名称为“东方超环”。

    EAST的成功建造和运行为中国磁约束核聚变研究的下一步计划奠定坚实的物理、工程技术和人才队伍的坚实基础。

 

世界上第一个全超导托卡马克EAST

二、EAST大事记

    1998年7月通过国家发展计划委员会立项;

    2000年正式开工建设;

    2005年底完成总装;

    2006年2月工程调试成功;

    2006年9月26日,EAST成功获得等离子体;

    2007年1月23日,EAST成功获得聚变堆位形等离子体;

    2009年,EAST成功获得稳定重复的60秒非圆截面双零偏滤器位形等离子体放电;

    2010年,EAST成功实现了大于60多倍能量约束时间高约束模式(H模)等离子体放电,100秒1500万度偏滤器长脉冲等离子体放电,最高等离子体平均电流达1兆安。

    2012年,EAST成功获得超过400秒的两千万度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电。这两项实验结果都分别创下世界纪录,标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列。

三、EAST基本原理

    EAST实验装置是一个先进的全超导偏滤器托卡马克,可对受控核聚变相关的前沿物理问题开展探索性的实验研究,为未来稳态、安全、高效的先进商业聚变堆提供物理和工程技术基础。通常被人们称为“人造小太阳”,它的反应原理和太阳一样,太阳每天释放出大量的光和热,主要就是因为它的内部每天都在不断地进行核聚变。

    核聚变能相比于其他能源有着非常多的优点。首先,原料储量非常丰富,核聚变的原料——氘和氚能够从海水中提取出来,一升海水中提取的原料通过核聚变反应生成的能量相当于燃烧300升汽油。这样算来,地球上的海水至少可以供人类使用上亿年。第二,核聚变能特别清洁、环保。不论是核聚变的原料还是生成物,都没有放射性,也没有污染环境的气体产生,所以说一个非常清洁的能源。第三,核聚变能特别安全,它没有核放射性,所以也就不存在核泄漏和核废料处置问题,即使出现危险,也只是终止反应,不会对环境和人员造成伤害。因此,核聚变能也就综合所有的优点于一身,清洁、环保、安全、原料丰富。

  EAST装置的科学目标是建造一个具有非圆截面的大型超导托卡马克装置及其实验系统,发展并建立在超导托卡马克装置上稳态运行所需要的多种技术,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。

  EAST的建成将为未来先进聚变堆的工程技术和物理基础做出中国聚变界最重要的贡献。同时将使我国核聚变研究进入世界先进水平,为人类能在本世纪后半叶实际使用聚变能做出中国的重要贡献。

  但是,EAST还只是一个托卡马克实验装置,和其他托卡马克实验装置一样,它还不能提供给我们巨大的能量,所以EAST还不是一个真正意义上的“人造太阳”。但是EAST却是人类核聚变研究中重要的环节。

四、EAST的基本构造

  EAST是一个非常复杂的实验装置,它的主要部件有真空室、纵场线圈、极向场线圈、冷屏、外杜瓦、基座等,而这些部件本身也都是一个个复杂的子系统。简单来说,EAST主要包含以下部件:

    内外冷屏  内外冷屏的作用是有效减少EAST超导磁体的热负荷,80K的内外冷屏设置在超导磁体与真空室及超导磁体与外真空杜瓦之间,冷屏由液氮或液氦冷却。

    外真空杜瓦 外真空杜瓦为圆桶状结构,它分为圆顶盖、中部环体和基座三个部分。外真空杜瓦主要为极向场、纵场真空室等部件提供真空环境,并隔断外部环境对这几个大部件所产生的热交换,同时它将承受装置大部件所施加的载荷。

    超导纵场线圈 超导纵场线圈是由十六个D形线圈沿环向均布组成,该系统可在等离子体中心产生3.5T的环向场,其总安匝数为30MAT。

    真空室 真空室是由16个D形截面的扇形全硬段焊接而成,有48个窗口供抽气、诊断、加热电流驱动及冷却通道之用,主要是为热核聚变反应提供了一个超高真空的运行环境。

    超导极向场线圈 超导极向场线圈是由上下对称分布的中心螺管和四对大线圈组成,线圈采用CICC导体设计方案,超导材料为NbTi,并用超临界4.5K氦迫流冷却。

 

    EAST主要部件示意图