全超导托卡马克的运行风险和需要采取的对策
HT-7U超导托卡马克核聚变装置自查报告
“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”自查报告等离子体物理研究所I、工艺、研制国家“九五”重大科学工程“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”，于一九九九年十月通过国家计委组织的初步设计论证。
之后的一年时间内，在中国科学院的直接领导和支持下，等离子体物理研究所的科研人员紧张而有序地致力于“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”的工程设计和前期的预研工作，攻克一个又一个技术难点，取得了重要进展。
一、工艺设计“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置”包括一个具有非圆小截面的大型超导托卡马克实验装置和低温、真空、水冷、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断等子系统。
其中超导托卡马克装置是本项目的核心。
而超导托卡马克装置又包括超导纵场与极向场磁体系统、真空室、冷屏、外真空杜瓦及面对等离子体部件等部件。
承担各部件设计的工程技术人员，在充分集思广益、充分发挥创新能力的基础上,借鉴国际上同类装置的经验,通过一丝不苟的努力工作，目前各项工作的进展呈良性循环---设计推动了预研工作的进行，预研工作的结果又使设计得到进一步优化。
1.超导磁系统。
超导纵场与极向场磁系统是HT-7U超导托卡马克的关键部件，结构复杂、技术难点多、难度大、涉及的不确定因素多。
科研人员经过一轮又一轮的设计、计算和分析，对多种方案进行比较、优化，目前超导导体的设计已进入最后的实验选型阶段；线圈的设计已完成试验线圈的设计与绕制及原型线圈的设计；低温下高强度线圈盒的设计已完成各种可能工况下的力学分析与计算、传热分析与计算、电磁分析计算以及线圈盒焊接时的温升对超导线圈性能影响的试验等工作；低温冷却回路的设计已完成热的分析与计算及冷却参数的优化；超导导体接头已完成多种方案的设计、研制与试验，并确定了最终的结构形式；超低温绝缘子的研究已完成最终的设计与试制，进入批量制造阶段；超导线圈的真空压力浸渍的工艺研究在国内电绝缘的归口单位---桂林电科所及中科院北京低温中心的密切配合下已完成超低温绝缘胶的配方的研究，正在完成超低温绝缘胶真空压力浸渍的最终工艺试验。
TOKAMAK装置优缺点简析
简析托卡马克装置的优缺点摘要：托卡马克装置是目前最有希望实现可控核聚变反应的途径。
虽然托卡马克存在着很多尚未解决的问题，例如磁场的起伏、热压强的影响，内部电流的不稳定等，但只要这些影响不大且发展得足够缓慢，我们仍然可以实现控核聚变。
本文简要分析了托卡马克装置的优缺点。
一、托卡马克装置简介1.1托卡马克装置的产生背景能源是社会发展的基石。
以煤炭、石油、天然气等化石能源替代柴薪的第一次能源革命带来了社会经济的飞速发展。
然而这些宝贵的资源就这样被燃烧掉，同时造成了严重的污染。
据估计，一百年后地球上的化石能源将会面临枯竭。
面对着即将来临的能源危机，人类有了一个共同的梦想——寻求一种无限而清洁的能源来实现人类的持续发展[1]。
托卡马克(Tokamak)核聚变是一种利用磁约束来实现受控的核聚变。
它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空托卡马克核聚变空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。
托卡马克核聚变的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。
在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。
托卡马克(Tokamak)是前苏联科学家于20世纪50年代发明的环形磁约束受控核聚变实验装置。
经过近半个世纪的努力，在托卡马克上产生聚变能的科学可行性已被证实，但相关结果都是以短脉冲形式产生的，与实际反应堆的连续运行有较大距离。
超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，是受控热核聚变能研究的一个重大突破。
1.2托卡马克核聚变实验装置“超导托卡马克核聚变”实验包括一个具有非圆小截面的大型超导托卡马克实验装置和低温、真空、水冷、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断等子系统。
其中超导托卡马克装置是本项目的核心。
而超导托卡马克装置又包括超导纵场与极向场磁体系统、真空室、冷屏、外真空杜瓦及面对等离子体部件等部件[2]。
EAST全超导托卡马克装置清洗及涂覆壁处理技术发展与应用
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟EAST 全超导托卡马克装置清洗及涂覆壁处理技术发展与应用在托卡马克装置中，壁处理技术是提高高温等离子体性能的一个关键手段，主要用于抑制等离子体杂质，降低粒子边界再循环，控制氢同位素比例，提高等离子体品质，保证高参数、长脉冲等离子体运行。
从2006 年EAST 全超导托卡马克装置建成并开始运行以来，发展了不同先进壁处理技术，为等离子体提供了良好的器壁环境，为EAST 装置取得的系列进展创造了基本条件。
这些壁处理技术主要包括器壁清洗技术（烘烤、如磁场不兼容的直流辉光放电清洗、能在强磁场环境中工作的离子回旋放电清洗等），以及硼化、硅化、锂化涂覆壁处理技术。
在全碳壁条件下，通过长时间烘烤（250oC）和直流辉光放电清洗，EAST 装置等离子体放电真空室真空可以达到2x10-6Pa。
利用离子回旋放电清洗可以在强磁场条件下工作的特点，放电间隙离子回旋清洗可以快速清除滞留在器壁的氢同位素，改善粒子再循环。
由于同位素交换，采用氘离子回旋清洗更有利于清除器壁中氢，降低氢在等离子体中比例。
氧化壁处理可以有效清除碳-氘在器壁的沉积层，释放氢同位素，是未来聚变装置清除T 的主要潜在手段。
2006 年EAST 装置建成运行后，利用直流辉光放电或者离子回旋放电，对面对等离子体的器壁表面涂覆一种适合等离子体放电的几百纳米薄膜，如硼化（C2B10H12+He/D2）、硅化（10%SiH4,SiD4+90%He）壁处理。
实验证明硼化可以有效降低等离子体中杂质水平，提高等离子体参数。
然而，由于所使用的材料富含氢同位素，硼化、硅化壁处理后等离子体边界再循环较高，并且等离子体中氢的含量难以降低到25%以下，限。
五、托卡马克中的重要问题(磁约束、平衡、加热、第一壁之外)
五、托卡马克中的其他重要问题（磁约束、平衡、加热、第一壁之外）1.托卡马克物理发展的重要点19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上是等离子体实验研究的起步时期。
1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。
美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。
1929年美国的L.汤克斯和朗缪尔指出了等离子体中电子密度的疏密波（即朗缪尔波）。
对空间等离子体的探索，也在20世纪初开始。
1902年英国的亥维赛（发现地球上电离离层的中层，E层,被称为亥维赛层）等为了解释无线电波可以远距离传播的现象，推测地球上空存在着能反射电磁波的电离层。
这个假说为英国的E.V.阿普顿用实验证实。
英国的D.R.哈特里(1931)和阿普顿(1932)提出了电离层的折射率公式，并得到磁化等离子体的色散方程。
――――以下与托卡马克密切相关（在高温等离子体书中有对应内容）――――从20世纪30年代起，磁流体力学等离子体的速度分布函数服从福克－普朗克方程。
1936年给出方程中1938年苏联的A.A.方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。
朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出，标志着动力论的发端。
1942年瑞典的H.阿尔文指出，当理想导电流体处在磁场中，会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。
印度的S.钱德拉塞卡在1942年提出用试探粒子模型来研究弛豫过程。
1946年朗道证明当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻尼。
朗道的这个理论，开创了等离子体中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究领域。
从1935年延续至1952年，苏联的H.H.博戈留博夫、英国的刘维定理出发，得到了不封闭的方程组系列，名为BBGKY链索夫方程等,这给等离子体动力论奠定了理论基础。
1950年以后，因为英、美、苏等国开始大力研究受控热核反应，促使等离子体物理蓬勃发展。
全超导托卡马克的运行风险和需要采取的对策
全超导托卡马克的运行风险和需要采取的对策全超导托卡马克的定义：不仅纵场磁体而且所有主要的极向场磁体均为超导磁体的托卡马克。
一风险1常规托卡马克所有磁体系统在设计运行的参数范围内均是自安全的；2所有超导托卡马克的超导磁体即使在其设计的运行参数范围内均会在某些运行条件下发生失超，如不加以保护，不能及时将磁体内储存的磁能泄放，超导磁体或与其相关联的某些重要部件将被烧毁；3对于只有纵场是超导磁体的超导托卡马克：运行风险主要来源于超导纵场磁体系统失超。
引起失超的原因可以是：励磁电流过快、过大；制冷系统发生故障；磁体上局部地点温度升高；等离子体电流快速破裂；外杜瓦真空被破坏等等。
失超后的具体风险为：3.1由于纵场是托卡马克上储能最大的磁体系统，因此，发生失超时如不能及时进行失超保护，将会造成磁体系统或相关部件烧毁的严重事故；3.2如果及时进行了失超保护，但泄放回路的时间常数太小，则会使泄放时感生的电压过高而造成部件绝缘击穿，烧毁磁体或相关部件；3.3纵场系统失超时在与之有最强耦合的真空室和内冷屏的极向方向上将感应出电流，这一电流将与纵场作用产生小截面上的扩张力和大环的收缩力，它是一个将造成真空室和内冷屏剧烈振动的冲击力；3.4由于在托卡马克装置上极向场系统与纵场系统的磁耦合很弱，因此在只有纵场是超导磁体的超导托卡马克上极向场的快速变化（包括等离子体电流的破裂）只会对外杜瓦内的纵场磁体系统造成小的影响；4对于全超导托卡马克：在外杜瓦内不仅有超导纵场磁体系统而且全部极向场超导磁体系统也在同一外杜瓦内，由此，除了具有上述纵场系统失超引发的同样风险外还具有更大的运行风险，它是来源于所有极向磁场系统（包括等离子体电流）的特殊运行要求和自身相互之间的强耦合，具体是：4.1等离子体电流的建立必需极向场线圈系统提供极快速（击穿）和快速（电流爬升）的磁通变化：4.1.1在这一阶段，极向场线圈，特别是中心螺管线圈极容易发生失超；4.1.2同时所有与之强耦合的，构成环向回路的金属部件上将会引发感应电压或涡流，前者可以引发电弧，后者将引起部件发热和电动力；4.1.3电弧将会破坏外杜瓦真空，并有可能像预电离一样在外杜瓦内引发更大面积的放电，造成不可收拾的严重后果；4.1.4涡流将引发冷质部件的发热，从而也有可能引发线圈失超；4.1.5涡流引发的电动力将有可能破坏或逐渐破坏绝缘从而引发电弧4.1.6所有与之强耦合的极向场线圈上（包括中心螺管线圈自身）将引发感应高电压，如果任何地方绝缘薄弱或损坏，则一定会引发线圈及其部件烧毁的严重事故；4.1.7在极向场线圈上感应的高电压将一直传递到电流引线箱，如果在超导电流传输线和电流引线箱内绝缘薄弱、损坏和真空度下降均会引发起弧、放电和因此烧毁部件。
托卡马克技术中的材料科学挑战
托卡马克技术中的材料科学挑战托卡马克技术是目前研究核聚变最被广泛采用的一种方法。
它利用强磁场将气体中的离子困在一个狭窄的空间内，通过加热和加速这些离子，使它们发生碰撞并融合，释放出巨大的能量。
托卡马克技术有着广泛的应用前景，但同时也面临着许多材料科学上的挑战。
首先，托卡马克装置需要能够承受极端条件下的高温和高辐射。
在这种环境下，材料会受到严重的热疲劳和辐射损伤。
因此，研发出能够耐受这些极端条件的材料是一项重要的挑战。
科学家们已经开展了大量的研究工作，试图寻找具有抗辐射和高温耐受性的材料，但目前还没有找到一个完美的解决方案。
因此，材料科学家们需要继续努力，不断探索和创新，以找到更好的材料来应对这些挑战。
其次，托卡马克技术中还存在着材料与等离子体相互作用的问题。
等离子体是在托卡马克装置中产生并存在的高能粒子的集合体，它对材料具有强烈的相互作用。
等离子体与材料的接触会导致材料表面的侵蚀和损伤，同时还会产生大量的氢等离子体，导致材料的脆化和变形。
因此，如何选择和设计材料，以抵御等离子体的侵蚀和损伤，是一个重要的课题。
材料科学家们需要在研究中加强对材料与等离子体相互作用的理解，并通过合理的合金设计和材料表面涂层等方法来解决这一问题。
此外，材料的制备和加工也是托卡马克技术中的重要挑战之一。
当前使用的托卡马克设备大多采用复杂的结构和大规模的装置，这对材料的制备和加工提出了更高的要求。
特别是研发新材料时，需要确保材料的纯度、均匀性和稳定性。
同时，材料的加工过程中还需要考虑到材料的热膨胀性、强度和疲劳性等因素，以确保材料的性能达到要求。
因此，材料科学家们需要通过改进制备和加工技术，以提高材料的质量和性能。
综上所述，托卡马克技术中的材料科学挑战是多样而复杂的。
它涉及到材料的高温和高辐射耐受性、材料与等离子体相互作用的问题，以及材料的制备和加工等方面。
解决这些挑战需要材料科学家们不断创新和努力，通过理论研究和实验探索，寻找和设计适用于托卡马克技术的新材料，并提出合理的材料设计和加工方案。
托卡马克装置的工程挑战与解决方案
托卡马克装置的工程挑战与解决方案托卡马克装置作为目前最先进的核聚变实验装置之一，为实现可持续的清洁能源提供了重要的技术保障。
然而，要将托卡马克实现商业化应用，还存在着许多工程挑战需要克服。
本文将探讨托卡马克装置的工程挑战以及解决方案。
首先，一个关键问题是如何维持完全等离子束稳定。
等离子体物理性质复杂，容易受到扰动而产生破裂或不稳定现象。
为了解决这个问题，科学家们采取了多种方法。
一种方法是通过引入外加磁场来抑制等离子体的不稳定性。
这样的磁场可以通过构建复杂的磁场装置实现，确保等离子体在托卡马克装置中保持稳定。
其次，高温等离子体对材料具有极高的腐蚀性，这给托卡马克装置的材料选择带来了挑战。
目前，科学家们正在研究和开发新型材料，以抵御高温等离子体对装置的破坏。
一种解决方案是使用高温耐腐蚀合金，如钨合金和铬合金。
这些材料在高温下仍能保持稳定，有效延长了装置的使用寿命。
此外，托卡马克装置需要巨大的能量输入才能维持等离子束的稳定。
然而，能量供应和稳定性之间的平衡也是一个挑战。
一方面，过多的能量输入会导致等离子体过热，破坏装置；另一方面，能量供应不足则无法维持等离子束的稳定。
为了解决这一问题，科学家们正在研究更高效的能源转换和供应技术，以确保能够满足装置的需求并保持等离子束的稳定。
最后，托卡马克装置的规模也是一个工程挑战。
现有的实验装置规模较小，无法实现商业化应用所需的大规模能源输出。
为了解决这个问题，科学家们正在研究和设计更大型的托卡马克装置。
这包括设计更高功率的磁体和更大尺寸的等离子室，以提高装置的能量产出和可持续性。
总之，托卡马克装置作为核聚变能源的重要技术之一，面临着诸多工程挑战。
通过引入外加磁场、使用高温耐蚀合金、研究高效能源转换技术和设计更大型的装置等解决方案，可以逐步克服这些挑战。
相信随着科学技术的不断发展，托卡马克装置将会在实现核聚变能源商业化应用的道路上迈出更大的步伐，为人类提供清洁、可持续的能源解决方案。
托卡马克装置的安全性探讨
托卡马克装置的安全性探讨核能是一个备受争议的话题，有人认为核能是未来清洁能源的解决方案，而有人则担心核能会带来严重的安全隐患。
在核能领域中，托卡马克装置被广泛研究用于核聚变实验。
本文将探讨托卡马克装置的安全性，并从不同角度进行讨论。
首先，从技术层面来说，托卡马克装置具有一定的安全性。
托卡马克装置采用了物理隔离的方式，通过强磁场将聚变等离子体牢牢锁定在磁场中心，避免了接触到装置壁面的情况。
同时，托卡马克装置有多层保护措施，包括反应堆壳层、冷却系统和气体处理系统等，能够有效减少事故发生的概率。
此外，托卡马克装置在设计和建造过程中，严格遵循国际安全标准，经过多次测试和验证，确保了装置的稳定性和安全性。
然而，尽管技术上具备一定的安全性，托卡马克装置仍然存在着一些潜在的风险。
首先，聚变反应需要高温高能量的等离子体，因此存在放射性泄露的风险。
虽然装置的设计可以尽量减少这类风险，但在遭受破裂或其他异常情况时，放射性物质可能泄漏到环境中，对人类和生态环境造成潜在威胁。
其次，托卡马克装置需要大量的能量供应，一旦能源供应中断，装置可能无法正常运行，导致危险情况发生。
此外，托卡马克装置的运行和维护需要高度专业的技术人员，一旦技术人员操作失误或中断，也可能引发事故。
为确保托卡马克装置的安全性，有必要采取有效的措施。
首先，装置的设计和建造必须遵循最高的安全标准，并经过严格的测试和验证。
其次，装置的操作和维护需要高水平的技术人员，他们必须接受专业的培训和教育，熟悉装置的操作和应对突发情况的能力。
此外，托卡马克装置的建设和运行应该公开透明，及时向公众报告装置的安全状况，增加公众对核能的理解和信任。
除了技术和管理措施外，公众的参与也是确保托卡马克装置安全的重要因素之一。
公众对核能有着合理的担忧和质疑，因此应该鼓励公众参与托卡马克装置的决策过程和风险评估。
通过公众参与，可以充分了解公众的意见和需求，提高核能领域的治理水平，增强社会对核能的接受度。
托卡马克等离子体粒子运输
托卡马克等离子体粒子运输介绍托卡马克是一种用于实现核聚变反应的装置，它通过将氢等离子体加热至极高温度并将其稳定在磁场中，从而使核聚变反应发生。
然而，在实现核聚变反应的过程中，需要对等离子体粒子进行运输和控制。
本文将详细探讨托卡马克等离子体粒子运输的相关问题。
等离子体粒子运输的挑战在托卡马克等离子体中，等离子体粒子的运输是一个复杂而关键的过程。
等离子体粒子的运输过程中面临着以下挑战：1. 粒子的损失等离子体粒子在运输过程中可能会与周围环境相互作用，导致粒子的损失。
这些相互作用包括碰撞、辐射损失等，这些损失将影响等离子体的稳定性和聚变反应的效率。
2. 粒子的热传导等离子体粒子的运输过程中，热传导是一个重要的因素。
等离子体粒子的热传导会导致能量的损失和等离子体的不稳定性，因此需要采取措施来减小热传导的影响。
3. 粒子的输运等离子体粒子的输运是指等离子体粒子在磁场中的运动。
由于磁场的复杂性，等离子体粒子的输运过程中可能会出现混乱和不稳定的现象，因此需要采取措施来控制粒子的输运。
等离子体粒子运输的方法为了解决等离子体粒子运输过程中的挑战，科学家们提出了多种方法和技术。
下面将介绍几种常见的等离子体粒子运输方法。
1. 磁约束磁约束是一种常见的等离子体粒子运输方法，它利用磁场来约束等离子体粒子的运动。
通过调整磁场的强度和方向，可以控制等离子体粒子的输运路径，从而实现粒子的运输和控制。
2. 高功率激光高功率激光是一种将能量传递给等离子体粒子的方法。
通过激光的作用，可以加热和操控等离子体粒子，从而实现粒子的运输和控制。
3. 等离子体注入等离子体注入是一种将等离子体粒子注入到托卡马克中的方法。
通过控制注入速度和位置，可以实现粒子的运输和控制。
等离子体粒子运输的应用等离子体粒子运输在核聚变研究和应用中具有重要的意义。
下面将介绍几个等离子体粒子运输的应用领域。
1. 聚变能源等离子体粒子运输是实现核聚变反应的关键步骤。
通过控制和运输等离子体粒子，可以实现高温和高能量的核聚变反应，从而产生清洁和可持续的能源。
EAST全超导托卡马克装置失超保护检测技术的现状及发展
／
被 切 断
难 ， 向 场 线 圈 系统 在 建立 等 离 子体 电流 时必 极 须提 供极 快 速 （ 等离 子 体击 穿 ） 和快 速 （ 电流爬
升） 的磁 通变 化 ， 向场 线 圈 自身 ， 向场线 圈 极 极
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方 法提 高输 入检 测 信号 的信 噪 比。
１ ２ 采用 失超 保护 检 测 电路原 理 ．
图 １ 典 型 的 失 超 波 形 图
为 了获 得 高信 噪 比的原 始 信号 ， 考虑 到超 导线 圈 为感 性 负 载 ， 获得 的大 部 分噪 声 干扰 而
ＥＳ Ａ Ｔ超导监控系统采用以电压 阈值判别 法为主要失超检测方法。传统的检测方法采用 电桥 法 ， 这种失 超检 测方 法有 着广 泛 的应 用 ， 在
我所 的 Ｈ ７托 卡 马克 装 置 上也 是 采用 这 种 Ｔ一
检测方 法做 为纵 场超 导线 圈 的失超 检测法 。
尽量降低失超指令的误触发。
之 间及极 向场与 等 离子 体 电流 之 间都 会 出现强
一
，
一
耦合 ， 这种 复 杂 的 电磁 环 境 场下 ， 超导 检测信 号 会 淹没 在 大量 的 噪声 信号 中无法 有效识 别真 实 —４０ຫໍສະໝຸດ Ｏ０５０ ｏ０—
的失 超 信 号 ， 以需 要 采 用更 有 效 的信号 检 测 所
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ： ０５ ． ３ （００ ０． ４ － ２８ ９４ ２１ ）９１ ６０ ． ０ ２ ５
Ｅ Ｓ 卡 马克实 验装置 包括 ｌ 纵 场线 Ａ Ｔ托 ６饼 圈和 ｌ ４饼极 向场 线 圈 。作 为全 超 导 托 卡 马 克 装置 ， 不但纵 场线 圈 ， 同时所有 极 向场线 圈都处 在 超导 态 ， 在 世界 托 卡 马克 装 置上 是 首 次实 这
托卡马克研究现状 杨进 20104380133概要
• “EAST超导托卡马克核聚变实验装置”包括一个具有非圆 小截面的大型超导托卡马克EAST实验装置和低温系统、 真空系统、电源系统、控制与数据采集系统、波加热系统、 波驱动电流系统、诊断系统以及公共基础设施等重要子系 统。EAST超导托卡马克实验装置是本项重大科学工程的 核心。EAST装置主机的主要特点是：EAST装置的极向场 和纵场采用了超导磁体，以提供稳态的等离子体约束，成 形和平衡所需的稳定磁场；为实现大的拉长比和三角形变 及开展各种高约束模式的实验研究的要求，EAST装置设 计有独特的非圆截面真空室和超导纵场磁体；在EAST装 置真空室内设置有主动冷却的偏滤器、限制器、被动补偿 板、快速反馈线圈等内部部件，可深入开展在极长脉冲及 稳态条件下的先进运行模式的研究。
HT-7实验的成功，使HT-7装置成为世界上第二个全面开 放的、可进行高参数稳态条件下等离子体物理研究的公共 实验平台。
• 一个经济实用的商用堆必须是高效、紧凑和稳态运行的。 全超导托卡马克可实现稳态运行，并通过在稳态运行条件 下大大改善约束，为未来稳态、先进聚变反应堆奠定工程 技术和物理基础。未来商用堆必须是全超导，才能实现稳 态运行。上世纪末，由于其工程难度及风险极大，世界上 尚无建造全超导托卡马克的先例。国家大科学工程项目 “EAST(原名HT- 7U)超导托卡马克核聚变实验装置”的 科学目标正是针对目前建造托卡马克核聚变堆尚存在的前 沿性物理问题，进行探索性的实验研究，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。
• 我国核聚变研究从起步之初，即便规模很小时，就以在我 国实现受控热核聚变能为主要目标。自70年代开始，集中 选择了托卡马克为主要研究途径，先后建成并运行了小型 CT-6(中科院物理所)、KT-5(中国科技大学)、HT6B(ASIPP)、HL-1A(SWIP)、HT-6M(ASIPP)及较大一些 的HL-1M(SWIP)。最近SWIP建成的HL-2A经过进一步升 级，有可能进入当前国际上正在运行的少数几个中型托卡 马克之列。在这些装置的成功研制过程中，组建并锻炼了 一批聚变工程队伍。我国科学家在这些常规托卡马克装置 上开展了一系列十分有意义的研究工作。
2024年上海市静安区高三一模物理核心考点试题(期末)(基础必刷)
2024年上海市静安区高三一模物理核心考点试题（期末）（基础必刷）学校：_______ 班级：__________姓名：_______ 考号：__________（满分：100分时间：75分钟）总分栏题号一二三四五六七总分得分评卷人得分一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题如图所示，理想变压器左侧原线圈通过输电线与理想交流电流表和发电机连接，其中发电机部分由长为L、电阻不计的导体棒以及两个半径也为L的电阻不计的金属圆环组成。
使导体棒的两个端点分别位于金属圆环的同一水平面上，导体棒以角速度在竖直面内绕圆环中心轴匀速转动，整个空间存在方向竖直向下、与金属圆环平行、磁感应强度为B的匀强磁场。
变压器右侧副线圈中接有阻值为R的定值电阻和变阻箱，以及理想交流电压表、、和理想交流电流表，初始时调节电阻箱阻值使其大小等于R，此时电路能正常工作，之后再次调节电阻箱使其阻值等于2R，已知，上述过程中，下列说法正确的是（ ）A．电流表的示数减小，电流表的示数增加B．电压表的示数不变，电压表的示数增加C．电压表的示数为D．电阻箱消耗的电功率增大第(2)题中科院合肥物质科学研究院的可控核聚变装置全超导托卡马克（）已实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造了新的世界纪录．核聚变的核反应方程是，则下列说法错误的是（）A．X是中子B．这个反应必须在高温下才能进行C．是核反应中释放的内能D．的比结合能要大于的比结合能第(3)题空间存在沿x轴方向的静电场，其电势φ随x按正弦规律变化，如图所示。
质量为m、电荷量为＋q的粒子，从O点以初速度沿x轴正方向运动。
不计带电粒子的重力，下列说法正确的是（）A．在0～区间的场强方向与区间的场强方向相同B．粒子从处运动到3处的过程中，电势能先减少后增加C．若粒子运动能经过3处，则粒子经3处速度最小值为D．若，粒子运动到3处速度最大且最大值为第(4)题某书中有如图所示的图，用来表示横截面是“＜”形导体右侧的电场线和等势面。
EAST装置超导线圈超导保护
• 4：微机控制系统:包括信号监测，波形实时显示，故障报警，各线圈数 据保存，分析和查询，网络远程控制 .当超导线圈转变为正常态可同时 发出控制信号。优点是对信号处理更灵活，参数更易修改，缺点：稳定 性不够，可做为硬件保护系统的后备。
• 对干扰信号是较高频的（1K以上,做滤波处理) • 主要是要针对低频干扰方法（1）从大杜瓦历次失超图可看出磁体一旦失
（二）：失超信号探测方法
1：HT-7电桥平衡法 ，已不适用，无法去除di/dt引起的感应电压。 2：同绕线探测方法:把磁体绕组具有相同尺寸和面积，与电缆内股线具有
相同扭距的次级感应回路用来抵消噪声电压，即同绕线探测法。
失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir，
• 理论上：当r=0时，失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir=0；
0 0
（未经 二 次补偿曲 线） （经 二 次补偿 后曲 线）
5000
10000
励 磁速 率
15000
20000
（ A/S）
编辑课件ppt
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二：关于监测信号的二次补偿
• 第一：单饼线圈实验（大杜瓦）： • 失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir， 由于U=（L-K）di/dt≠0，采用二次补偿，即用
中心螺管线圈同绕的四根同绕线其中一根通过分压后抵消U’=M’di/dt=（L-K） di/dt≠0的值 • 失超探测电压U=（L-K）di/dt+Ir+U’， • 此时：当r=0时： U=（L-K）di/dt+U’=0； • 当r ≠ 0时： U=（L-K）di/dt+U’+Ir ≠ 0； • 在大杜瓦实验结果较满意。 • 第二：多个线圈同时通电 • 失超探测电压U=（L11-K)di1/dt+(M12-K)di2/dt+(M13-K)di3/dt+..+(M115K)di14/dt+Ir • 中心螺管线圈同绕的四根同绕线其中一根通过分压后抵消 • U’=K’di1/dt+K’di2/dt+K’di3/dt+..+K’di14/dt • 理论上：同绕线感应的信号同超导线圈上的感应的信号变化应该完全一致的，但 总装后工艺上的差别，各线圈相互间的影响如何还需要在实际通电实验中得到验 证。所以会在获取各线圈原始数据后，才能更好的有针对性的解决。
HT-7超导托卡马克电源更新改造
HT-7超导托卡马克电源更新改造1．意义与理由极向场电源是托卡马克主要的子系统之一，它为等离子体的产生、约束、维持、加热，以及等离子体电流、位置、形状、分布和破裂的控制，提供必要的工程基础和控制手段。
整个电源系统包括建立等离子体和提供等离子体欧姆能量的加热场电源、控制等离子体水平方向位移的垂直场电源、控制等离子体垂直方向位移的水平场电源，及其它偏磁场电源、校正场电源等。
电源系统对于装置运行的性能与安全，物理实验的成败与效率，有着至关重要的作用。
HT-7托卡马克电源系统始建于1994年，一直运行至今，为HT-7装置取得好的实验结果提供了重要的工程基础和保证。
但是当时建造HT-7电源时，设计参数为短脉冲运行，且最大时间为1秒，随着HT-7装置物理运行参数的日益提高，特别是在HT-7装置运行领域拓宽到稳态运行后，其最长放电时间已经达到60秒。
因此该电源多年来一直超负荷运行，热稳定大大超出设计范围。
HT-7下一阶段放电时间长度目标为300秒或更长，现有电源再也不能满足长时间稳态运行的物理要求了，必须进行升级改造。
另外，该电源系统的主要部件，是俄罗斯60到70年代旧产品，且由于当时装置建设经费非常紧张，很多关键高电压大电流设备均是手工制作，因此这套电源在运行中故障率较高。
该电源运行10年来，很多部件已经损坏，同时当时从俄罗斯带进来的备件也已经使用完毕，而且这些40年前生产的备件已经很难购到，如不对电源主要设备更换和改造，将严重影响HT-7装置放电。
HT-7U 是一个全超导托卡马克装置，它的所有线圈均是超导磁体构成的。
它有12套能输出正负电流的极向场电源系统。
相对HT-7而言，它的电源系统更复杂，技术要求更高。
由于电源负载是超导磁体, 它的控制和保护技术必须非常可靠。
我们以HT-7U托卡马克的技术要求，对HT-7电源系统进行改造和升级，使该电源现在可以用在HT-7装置上，满足HT-7 物理实验的需要，另一方面也可以作为HT-7U电源的预研。
关于全超导托卡马克核聚变实验装置的学术成果 -回复
关于全超导托卡马克核聚变实验装置的学术成果-回复全超导托卡马克核聚变实验装置（以下简称“全超导托卡马克装置”）是目前国际上最先进的核聚变实验设备之一。
它采用了超导磁体和高温超导材料，旨在实现长时间稳定运行以及高效能的控制磁约束聚变等离子体。
该装置的建设和运行取得了一系列学术成果，对于推动核聚变技术的发展以及解决能源问题具有重要意义。
首先，全超导托卡马克装置在核聚变技术的研究和发展方面做出了重要贡献。
通过模拟和实验的结合，确定了合适的磁约束参数和聚变等离子体参数，为实现核聚变反应提供了关键性的支持。
研究人员通过精确的场调控技术，在装置中成功实现了高强度磁场的精确定位和稳定控制，从而保证了核聚变反应区域的稳定性和可控性。
其次，全超导托卡马克装置还通过改进设备结构和优化运行模式，提高了聚变等离子体的能量密度和温度。
研究人员采用了先进的超导材料，使得维持高温等离子体所需能量大大减少，从而取得更高的能量回收效率。
同时，装置中的多级螺旋状磁场系统的创新设计，有效地改善了等离子体运动轨道，提高了反应的效率和稳定性。
另外，全超导托卡马克装置在研究材料耐辐照和承受高温等极端条件的能力方面也取得了重要突破。
在核聚变反应过程中，反应室内的等离子体释放出大量的中子和高能粒子，对设备材料产生严重的辐射损伤和高温腐蚀。
研究人员采用了先进的材料设计和冷却技术，有效提高了全超导托卡马克装置的辐照/高温耐受能力，为持续稳定的聚变实验提供了重要保障。
此外，全超导托卡马克装置在研究并优化核聚变燃料及等离子体参数的过程中积累了大量宝贵的数据。
通过对燃料含量、比例以及压力等参数的调节，研究人员在装置内成功实现了不同燃料组合的核聚变反应，并收集了大量实验数据，为未来工程型托卡马克设计和运行提供了重要参考。
综上所述，全超导托卡马克核聚变实验装置在研究和发展核聚变技术方面取得了一系列学术成果。
通过优化装置结构和运行模式，研究人员提高了聚变等离子体的能量密度和温度，实现了可控的核聚变反应。
托卡马克技术中的物理学挑战
托卡马克技术中的物理学挑战随着人类对清洁能源的需求不断增加，核聚变便成为了世界各国研究的焦点。
而托卡马克技术作为目前最有潜力的核聚变装置，其物理学挑战也日益引起人们的关注。
托卡马克技术是一种利用高温等离子体束缚磁场中氢同位素核进行核聚变的方法。
其核心设备是托卡马克装置，由一个环形的真空室和一系列的磁场线圈组成。
当高能粒子进入真空室后，被束缚在磁场中运动，形成高温等离子体，从而达到核聚变的目的。
然而，随着研究的深入，我们也逐渐意识到托卡马克技术中存在着一些物理学挑战。
首先，高温等离子体的稳定性是一个巨大的难题。
由于等离子体本身具有极低的密度，容易受到干扰和不稳定性的影响。
研究人员需要通过不断优化磁场配置和控制手段，以及进一步研究等离子体物理特性，来实现高温等离子体的长时间稳定运行。
其次，等离子体在磁场中的运动也面临着一系列挑战。
磁场配置的合理性直接影响到等离子体的粒子输运和能量输运，从而对核聚变反应的控制起到关键作用。
因此，如何在复杂的磁场环境中实现等离子体的有效约束，是一个迫切需要解决的问题。
托卡马克装置还需要解决平衡与不平衡之间的矛盾。
等离子体在高温下达到了离子和电子之间平衡的状态，但同时也处于激发态，具有不稳定性。
研究人员需要找到平衡与不平衡之间的最佳点，使得核聚变反应能够持续进行而又不引起过大的损失。
此外，托卡马克技术中还存在着研究等离子体与固体壁面相互作用的挑战。
当高能粒子与壁面发生碰撞时，会引起等离子体的损失和壁面的热负荷。
如何有效地降低这些损失，提高装置的可持续运行性能，是一个需要深入研究的问题。
此外，托卡马克装置的大型化也给物理学挑战带来了一定的复杂性。
在大型装置中，等离子体的分布和相互作用方式会发生变化，需要通过更复杂的控制和优化手段来实现稳定工作。
而装置的大型化还难以适应目前的托卡马克装置材料技术和磁场配置技术的现状，需要进一步突破。
在克服这些物理学挑战的过程中，需要各个领域的专家进行深入研究和合作。
我国超导托卡马克的现状及发展
学科发展ＤｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ我国超导托卡马克的现状及发展＊李建刚（中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥２３００３１）关键词磁约束聚变，超导，托卡马克＊收稿日期：２００７年９月１日摘要一个经济实用的商用堆必须是高效、紧凑和稳态运行的。
未来商用堆必须是全超导，才能实现稳态运行。
我国超导托卡马克研究始于１９９１年，在将原苏联Ｔ７超导托卡马克改成ＨＴ－７后并在其上做了许多有意义的工作。
１９９７年开始全超导托卡马克ＥＡＳＴ计划，２００６年建成并投入运行。
未来将在长脉冲条件下进行高参数等离子物理实验，为未来稳态、先进聚变实验反应堆奠定良好的工程技术和物理基础。
１引言热核聚变能是轻核聚变所释放的能量。
地球上最容易实现的聚变反应是氘氚反应：Ｄ（氘）＋Ｔ（氚）→!（氦－４）＋ｎ（中子）＋１７．６ＭｅＶ能量其中，中子携带１４．１ＭｅＶ能量，!粒子带３．５ＭｅＶ能量。
在１吨海水中氘约含４０克、锂约０．１５克，中子照射锂－６可造氚。
这样，浩瀚的大海可为人类提供聚变能源至少几十亿年。
同时氘氚反应过程不产生放射性，即使１４．１ＭｅＶ中子辐照到物质上所产生的放射性也是短寿命的。
特殊设计的氘氚反应堆还可以使裂变堆中产生的长寿命高放射性物质得到“嬗变”，或者使铀２３８或钍２３２增殖为钚２３９或铀２３３，从而使储量丰富的上述裂变材料得到充分利用。
可以说，聚变能是无污染、无放射性核废料、资源无限的理想能源，是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一。
磁约束聚变是利用强磁场这一“磁容器”来约束高温等离子体，并进而将其加热至上亿度，从而维持连续的热核反应，并将其巨大的能量转化为电能。
受控核聚变研究在经济等方面有着巨大潜力，因此各核大国每年投入研究经费都达数亿美元。
２０世纪５０年代初期，前苏联科学家提出托卡马克的概念。
托卡马克（ＴＯＫＡＭＡＫ）在俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词组合而成，依靠等离子体电流和环形线圈产生的强磁场，将极高温等离子体状态的聚变物质约束在环形容器里，以此来实现聚变反应。
EAST超导磁体失超保护有关问题
•（各）系统故障态的分析、评估及整个 装置故障态分析的综合 •故障保护的分级、设计与后备 •故障保护本身可靠性的分析、评估与论 证 (包括试验)
EAST 电源系统故障态分析与保护
特点
电源系统（TF,PF,FC,AH/CD，HF&RPC） •装置中与运行安全关系最为密切的分系统，应该是 各电源及其负载磁体（ AH/CD 天线），以及磁体的 冷却、支承与绝缘。
EAST 电源系统故障态分析与保护
故障诊断与保护程序
故障诊断与保护程序：
实时监测——故障诊断与分类——保 护分级——保护逻辑、控制与连锁— —保护驱动（硬件保护与软件保护） ——后备保护
Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱST 电源系统故障态分析与保护
故障分类
故障分类： •不同运行模式（位形、参数），运行区间， 运行状态（稳态、暂态） ——穷追穷举 —— 暂态过程应考虑系统分布（杂散）参数与波 过程 •孤立故障（单点），关联故障（继发），双 重故障（同时），多重故障——几率递减， 危害性递增——最易发故障与最严重故障
EAST 电源系统故障态分析与保护
快控电源
快控电源： 将依据快控线圈设计参数、结构参数、接地设计、 运行模式、与等离子体的耦合等，与杜世俊密切合 作，按上述考虑进行故障分析与保护设计，并纳入 装置总体故障保护程序。
. . .
EAST 电源系统故障态分析与保护
. . .
•特点：高压、强流，高功率，高储能，强耦合，复 杂性（多因素：真空、低温、结构、接地），重要 性（故障的牵涉面广、危害性大，其保护是最直接 的、最频繁动作的、往往是最终的保护手段）
EAST 电源系统故障态分析与保护
电源系统构成与故障分类
初级电源——变流电源 ——超导磁体——装置及等离子 体 •初级电源：高压电网与变电站，低压配电，备用电源 ，不间断电源——供电安全性——较为成熟，安全性较 高 •变流电源（ AH/CD高压电源） ：过压、过流、过热、失 控（开关、控制）——电源本身可靠性 ——较为成熟， 安全性较高 •负载磁体 （ AH/CD天线） ：失超，短路（内部短路、端 部短路、对地短路），引线故障（短路、开路） ——磁 体本身及失超保护的可靠性——要求很高，经验不多， 风险较大
全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制
全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制黄海宏;陈昭;王海欣【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2024(39)10【摘要】全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制。
EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围内慢时变波动以及线圈上存在互感电动势干扰,传统比例-积分(PI)控制方法在电流跟踪控制过程中存在不足。
为了实现干扰的抑制和应对负载波动,提出一种带干扰抑制的离散积分滑模控制方法,根据系统状态方程设计离散积分滑模控制器,结合滑模干扰观测器实现集总干扰的观测,对集总干扰进行前馈补偿控制。
为了抑制抖振和加快收敛速度,设计一种新型平滑饱和函数和增益自适应观测器,根据观测电流误差和跟踪电流误差自适应调整观测器增益。
对比传统PI控制,仿真和实验验证了所提控制方法具有更加优良的电流跟踪特性,在输出电流超调更小的情况下动态响应更快,能够有效地抑制负载侧扰动,具有良好的鲁棒性。
【总页数】11页(P3141-3151)【作者】黄海宏;陈昭;王海欣【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM91【相关文献】1.我国全超导托卡马克核聚变实验装置获重大突破2.我国全超导托卡马克核聚变实验装置获重大突破3.我国全超导托卡马克核聚变实验装置获重大突破4.建筑行业全面预算管理中业财融合的问题与对策5.基于改进灰色预测单神经元PI的全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源电流控制因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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全超导托卡马克的运行风险和需要采取的对策
全超导托卡马克的定义：
不仅纵场磁体而且所有主要的极向场磁体均为超导磁体的托卡马克。
一风险
1常规托卡马克所有磁体系统在设计运行的参数范围内均是自安全的；
2所有超导托卡马克的超导磁体即使在其设计的运行参数范围内均会在某些运行条件下发生失超，如不加以保护，不能及时将磁体内储存的磁能泄放，超导磁体或与其相关联的某些重要部件将被烧毁；
3对于只有纵场是超导磁体的超导托卡马克：运行风险主要来源于超导纵场磁体系统失超。
引起失超的原因可以是：励磁电流过快、过大；制冷系统发生故障；磁体上局部地点温度升高；等离子体电流快速破裂；外杜瓦真空被破坏等等。
失超后的具体风险为：
3.1由于纵场是托卡马克上储能最大的磁体系统，因此，发生失超时如不
能及时进行失超保护，将会造成磁体系统或相关部件烧毁的严重事故；
3.2如果及时进行了失超保护，但泄放回路的时间常数太小，则会使泄放
时感生的电压过高而造成部件绝缘击穿，烧毁磁体或相关部件；
3.3纵场系统失超时在与之有最强耦合的真空室和内冷屏的极向方向上将
感应出电流，这一电流将与纵场作用产生小截面上的扩张力和大环的
收缩力，它是一个将造成真空室和内冷屏剧烈振动的冲击力；
3.4由于在托卡马克装置上极向场系统与纵场系统的磁耦合很弱，因此在
只有纵场是超导磁体的超导托卡马克上极向场的快速变化（包括等离
子体电流的破裂）只会对外杜瓦内的纵场磁体系统造成小的影响；
4对于全超导托卡马克：在外杜瓦内不仅有超导纵场磁体系统而且全部极向场超导磁体系统也在同一外杜瓦内，由此，除了具有上述纵场系统失超引发的同样风险外还具有更大的运行风险，它是来源于所有极向磁场系统（包括等离子体电流）的特殊运行要求和自身相互之间的强耦合，具体是：
4.1等离子体电流的建立必需极向场线圈系统提供极快速（击穿）和快速
（电流爬升）的磁通变化：
4.1.1在这一阶段，极向场线圈，特别是中心螺管线圈极容易发生失超；
4.1.2同时所有与之强耦合的，构成环向回路的金属部件上将会引发感应
电压或涡流，前者可以引发电弧，后者将引起部件发热和电动力；
4.1.3电弧将会破坏外杜瓦真空，并有可能像预电离一样在外杜瓦内引发
更大面积的放电，造成不可收拾的严重后果；
4.1.4涡流将引发冷质部件的发热，从而也有可能引发线圈失超；
4.1.5涡流引发的电动力将有可能破坏或逐渐破坏绝缘从而引发电弧
4.1.6所有与之强耦合的极向场线圈上（包括中心螺管线圈自身）将引发
感应高电压，如果任何地方绝缘薄弱或损坏，则一定会引发线圈及
其部件烧毁的严重事故；
4.1.7在极向场线圈上感应的高电压将一直传递到电流引线箱，如果在超
导电流传输线和电流引线箱内绝缘薄弱、损坏和真空度下降均会引
发起弧、放电和因此烧毁部件。
4.2许多原因可以引发等离子体电流的突然破裂，其影响将首先发生在真
空室上并将对内部部件的安全造成威胁。
虽然真空室将以其时间常数=
10~15 ms起屏蔽延时的作用，但它同样将会在所有真空室外与之强耦
合的极向场线圈或金属部件上感应环向高电压或涡流，从而，也将会
引发4.1.1 到4.1.7 的各种风险。
4.3相对于具有铁心极向场的托卡马克，EAST的极向场在空间上是发散而
不是集中在铁心内，因此，所有进入外杜瓦的电流引线（比只有纵场
是超导磁体超导托卡马克多得多），均会在快速变化的极向磁场中受到
冲击性的电动力，如果支撑这些引线的结构强度不够、不紧密，将会
在这些冲击力的作用下逐渐破坏引线的绝缘，最终使线圈短路，造成
在外杜瓦内烧毁线圈引线或线圈的最为严重的事故；
4.4在常规拖卡马克上不需要失超保护系统；在HT-7上有一个失超保护系
统；在EAST上有13个失超保护系统，因此对全超导托卡马克EAST
而言，所有极向场线圈失超保护系统（共12个）的联动、选择合适的
泄放回路时间常数以及与纵场失超保护系统相互干扰的消除将是需要
认真摸索和取得经验的重要事项。
否则失超保护系统的误动作或不动
作或过高的感应电压均将对EAST构成严重的运行风险。
4.5结论：全超导托卡马克（例如EAST）的运行风险将大大高于现有的任
何超导托卡马克的运行风险，因此必须在设计、加工、总装、调试、
运行的全过程中采取必要措施和极为认真的加以对待。
二可能和应该采取的措施
1保守的磁体绝缘设计
1.1纵场磁体（R0=1.70m）：
I op = 14.3 KA B T0 = 3.5 T T e= 4.2~4.5 K时具有足够的超导稳定性;
希望
I op = 16.4KA B T0 = 4.0 T T e= 3.8K时具有足够的超导稳定性;
工作电压：20 V
端电压：4000 V
1.2极向场超导磁体
I op = 14.5 KA B T0 = 3.5 T T e= 4.2~4.5 K时具有足够的超导稳定性;
最高工作电压：2400 V
端电压：10000 V
2总装和部件设计
2.1在外杜瓦内的每一个线圈系统的进出引线要在完成高质量的绝缘处理
后，尽可能靠近的成对捆绑在一起并牢固支撑；
2.2为在外杜瓦内消除一切可以引起电弧的潜在因素，要求外杜瓦内的一
切金属结构件（真空室，线圈盒，内外冷屏，冷却管路等）均应与外
杜瓦具有相同电位——一起接地
2.3在纵场线圈盒，内外冷屏上加开子午绝缘隔缝将环向涡流减至最小，
但按照2.2的原则每一绝缘单元均应在其‘后’端单点接地。
3运行模式
3.1外杜瓦和电流引线杜瓦的真空度必须达到要求：
P0≤ 1x10-5 Torr
否则绝对不容许放电，特别是对极向场线圈系统；
3.2对纵场磁体系统
3.2.1始终按最安全的模式来运行纵场：深冷，慢励磁，慢退出，避免、
至少尽可能减少系统的失超；
3.2.2纵场的金属结构部件不能构成由极向场系统或等离子体电流破裂
造成快速磁场变化时引发大的感应涡流的环向回路以避免由于造
成局部温度上升引发失超；
3.2.3一旦系统失超，失超保护系统必须灵敏、可靠，不能延时；
3.2.4泄放回路的时间常数必须大于最小限定值（它决定了最高感应电压
不得大于设计电压——对EAST V T max= 4000伏），；
3.2.5以不能烧毁纵场线圈任何部件为原则，应尽可能缓慢的泄放纵场内
的磁能（泄放回路的时间常数应适当大）
3.2.6泄放回路移能的容量要足够；
3.2.7真空室、特别是内冷屏自身及其支撑系统要有足够的强度能承受纵
场失超时的冲击力但首先要求纵场必须慢励磁，慢退出，避免、
至少尽可能减少系统失超；
3.3对极向场
3.3.1在没有封真空室的降温通电实验中不可以（不能）进行任何快速电
流升降的放电，更不能进行高或较高储能水平的的失超实验；
3.3.2由于任何极向场线圈的失超与其上工作电流的大小密切相关，因此
调试击穿电压和等离子体电流爬升实验时应尽量采用原边电流由
正到负的运行模式，而不要使用单边电流极大的运行模式；
3.3.3与所有现在运行的超导托卡马克不同，等离子体电流的快速破裂，
特别是等离子体电流达到很大数值的破裂是全超导托卡马克的最
大风险事件，在这一风险事件中几个最危险的因素几乎在同一时刻
发生：
✧最快速的极向磁通变化；
✧导致在极向线圈上最高的感应电压；
✧导致在环向金属部件上高的感应电压和环向涡流
✧因为存在纵场，因此导致最大的冲击电动力（在内冷屏上这个
力最危险）；
✧这一事件最容易在外杜瓦内引发泄漏、起弧、打火并由此引发
最严重的事故发生；
因此要用一切办法防止和减少等离子体电流的快速破裂并要认真研究引导等离子体电流软着陆的各种有效办法
三小结
1由于
1.1全超导托卡马克的全部主要极向场线圈均在外杜瓦内；
1.2极向场的工作电压远高于纵场磁体系统；
1.3在极向磁通（磁场）迅速变化（包括等离子体电流快速破裂和极向超
导线圈失超时的快速保护）时在外杜瓦内内不同部件上必将承受感应
高电压，涡流，冲击性的电动力的同时作用；
2如果
2.1外杜瓦内真空度不好；
2.2冲击性的电动力没有被牢固的支撑和吸收；
2.3任何一类绝缘薄弱和损坏；
2.4任何原因引发的打火、起弧
均将在外杜瓦内造成复杂的，相互影响的极快的正反馈过程，造成起弧、放电、烧毁重要部件和超导磁体的不可挽回的严重事故。
3因此必须
3.1外杜瓦和电流引线杜瓦的真空必须达到P0≤ 1x10-5 Torr 才能放电；
3.2线圈盒，内外冷屏，冷却管路必须有‘绝缘隔逢’，但必须接地；
3.3由于纵场磁体内部的真空室、内冷屏和纵场线圈盒自身均没有极向绝
缘隔缝，因此在运行时要尽量避免纵场磁体系统失超；
3.4所有失超保护系统必须灵敏、可靠，不得延时，不能互相干扰并要选
取合适的时间常数；
3.5运行时要尽量避免等离子体电流快速破裂；
3.6要在理论上研究任何一个极向场系统（包括等离子体电流）失超（破
裂）时所有极向场系统最安全退出的运行模式并予以执行；
3.7所有电流引线要成对出入，捆绑牢固，绝缘可靠；。