磁约束核聚变及关键技术,EAST及ITER进展 3

EAST二期真空室内部部件（石墨）
EAST二期真空室内部部件（石墨）
Limiter RFH antenna LHCD antenna Actively-cooled PFC 9000 C tiles with 2MW/m2 Real-time EFIT, Iso-flux control (with GA) LHCD:2.45GHz, 2MW,CW ICRF:30-110MHz, 2MW,CW Ip: 0.5~1.0MA t:20-60s IFC antenna
EAST的成功建设受到各级领导高度关注
党和国家领导人关注亲临指导
中央领导高度关注核聚变研究
胡锦涛总书记讲话：
你们做的是一项开创性的事业----中国人应该有志气， 在聚变研究领域占有一席之地。 花10亿美元去参加一个国际合作项目（指ITER），在过 去是不可能的事----；一是国家的综合国力，第二是你们这 些科学家争气，有了这两条我们才能在国际上参与这个合作。
EAST一期真空室内部部件（不锈钢）
EAST 完成总装
EAST
20 06 -2-
Temperature [ K ]
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 20 40 60 80 0
T-inlet
T-outlet1 T-outlet2 T-outlet3 T-outlet4
ASIPP
已在国际上引起巨大反响
与国外同类装置相比，项目使用资金最少， 建设速度最快，工程调试一次成功而且结果 很好，因而受到了国际聚变界 的高度评价； 成功设计和建造EAST的经验构成了中国参加 ITER的重要基础； EAST的成功建造和运行将为中国磁约束核聚 变研究的下一步计划奠定坚实的物理、工程 技术和人才队伍基础。
4
Pressure [ bar ]
6
8
10
12
EAST Shot: 1149# by CCD
成功获得首次等离子体放电
Sept. 26 ,2006
ASIPP
disruption
项目取得重大进展
( Shot 4165 2007年1月23日)
设计计算结果
在国际上首次用超导极向场磁体获得偏滤器位型放电
1. 真空抽充气系统
2.低温制冷系统
3.电源及供电系统
4. 基建 水冷 供电等
EAST 托卡马克装置
5.控制和数据采集
6.高功率电流驱动系统
7.高功率波加热系统
8.诊断测量系统
EAST是由9个重要部分组成的核聚变实验系统
EAST的科学目标
在近堆芯的等离子体参数下，实现先进 近堆芯的 托卡马克的稳态或长脉冲运行； 稳态或长脉冲
The tori of VV,TS and TF assembly procedure
The external TS, Cryostat assembly
Phase I Phase II
ASIPP
大杜瓦运入主机大厅进行总装
ASIPP
正在安装真空室和大型超导磁体
Important progress
radius (cm)
中国的超导托卡马克研究计划
以开发清洁而又无限的核聚变能源为最终目标 我们的下一步目标是什么？
自主设计和建造一个 大型、先进、全超导 托卡马克核聚变实验装置
EAST超导托卡马克
EAST
（Experimental Advanced Superconducting Tokamak） （实验的、先进的、超导托卡马克）
R = 1.22m (achieved) a = 0.285m (C Limiter) Ip = 100~250 kA (250) ne = 1~6x1013cm-3 (6.5) BT = 1~2.5T(2.5) Te = 1~2 KeV (4.6) Ti = 0.2~0.6K eV (1.8) t = 1~ 5s ( 300 s) ICRF: f = 15~45MHz, CW(035MW, 10s) LHCD: f = 2.45GHz, 10s (0.65MW) Pellet injector: up to 8 pellets /per shot Supersonic beam injection: <1.0 km/s Main Goal: Steady-state advanced operation and related physics ( Ip > 100kA, Ne>1.0x13cm-3, Te>1keV, t=30-60s)
Important progress
EAST
The final assembly of EAST begun at middle of 2003, which consists of four main sub-procedures.
The bases assembly
The second procedure:
7, 外杜瓦
低温
80K
4, 支撑系统
低温 4.5K
3, 极向场磁体
高温
室温
80K
4.5K
5，6，内外冷屏
因为下述极端条件必须在托卡马克有限空间内高度集成： 极高温；极低温；大电流、强磁场及其快速变化；复杂、 高强度电动力；高电压；复杂热应力及其引发的形变和位移
运行全超导托卡马克的风险极大
等离子体电流 Ip
要求实现各种偏滤器磁场 位形并使其稳态运行
工程上
精心设计极向场及其电源和控制系统以满足 等离子体电流建立和偏滤器的形成
16 个纵场磁体为“D”形超导磁体
6对极向场全部是超 导磁体 全部
全超导、非圆截面
建造全超导托卡马克的困难极大
高温
300 ~ 500 K
室温
~300K
1,真空室
低温 4.5K
2, 纵场磁体
ASIPP
EAST
EAST 未来五年运行计划
下一个国家计划是什么?
从 EAST ITER 到多功能堆 ？
JET DIII-D JT-60U KSTAR SST-I
ITER The test reactor for multi-function ~2016 ? 2020~2030
From now
Fission power will develop more fast
ASIPP
一．核聚变能和磁约束 二．托卡马克及其关键技术 三．EAST科学目标、挑战及进展 四．ITER科学目标、挑战及现状
中科院等离子体物理研究所 的超导托卡马克研究计划
计划的背景
经过近60年全世界聚变界的艰苦努力在托卡马克类型 的磁约束核聚变装置上，开发核聚变能的科学可行性已 经得到了实验证实，但这些突破性进展是在短脉冲运行 条件下实现的； 未来高效聚变堆必须稳态运行，因此实现托卡马克稳态 运行的工程和物理问题成为托卡马克的前沿研究领域； 全超导托卡马克是实现稳态运行最必要的工程技术基础 之一； 超导技术已成功运用在T-7(HT-7)，Traim-1和Tore-supra上 但世界上还没有全超导托卡马克，几个国家计划建造； 我们及时向国家提出了建造先进的全超导托卡马克计划
ASIPP
建成国内最大超导磁体实验系统
(用它对所有大型超导磁体进行实验测试—约30次实验)
ASIPP
大型超导纵场磁体通电实验完全达到了设计要求
项目进展
全部超导纵场磁体主要实验数据
1#TF
2#TF
3#TF
4#TF
5#TF
6#TF
7#TF
8#TF
9#TF
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11#TF
12#TF
13#TF
14#TF
1997年 1998年 7月 2000年10月 2001-2005年 2006年9月26 项目被科技领导小组批准; 国家批准立项， 1.65 亿; 批准开工建设; 加工, 测试、完成总装; 获得高温等离子体放电！
2007年1月23日 获得偏滤器位型放电 2007年3月 1日 项目通过国家竣工验收。
EAST的建设内容
EAST所取得的重大进展
国内外给与很好评价
国家验收委员会的结论是：项目达到或超过设计指标… 是世界上成功运行的第一个全超导非圆截面托卡马克聚变 实验装置… 具有完整自主知识产权，目前处于国际同类 装置领先水平… 国际顾问委员会的评价是：它的建成是全世界聚变能开发 的重要里程碑……它是世界上唯一运行的、拥有与 ITER 类似的全超导磁体的托卡马克，它预示着中国对 ITER 的 贡献……计划的实施，将使EAST在发展稳态高性能等离子 体物理的科学研究计划中处于世界前沿地位……
A: the fraction of nucl. power in total electricity capacity B: the fraction of nucl. power in total primary energy capacity The Nucl. Power was only 7GW at 2005 ( only 1%) 40 GW has been planed at 2020, which means 3 new sets / year should begin to construction
EAST超导托卡马克
自力更生在国际上率先建成 先进全超导托卡马克EAST
自主创新建设过程
在所内建立了 四个专用生产车间
通过数年艰苦努力，成功研制完成了最关键 的全部28个超导磁体，为项目的最终成功奠定了坚实基础
ASIPP
具有三台高精度绕线机的超导线圈绕制车间
（已经完成全部任务）
ASIPP
建成国内最大超导线圈真空压力浸渍车间
Ip
等离子体电流建立,特别是破裂时将感应极高电压, 快速磁通变化引起的交流损耗导致超导磁体极易失超 多个磁体之间的相互耦合和干扰使失超保护系统困难而复杂
ITER
JET TFTR JT-60U EAST
HT-7
EAST超导托卡马克
立项后的巨大挑战
国内相应的工业基础，特别是超导工业基 础十分薄弱 没有相关技术储备，特别是没有大型超导 磁体设计、制造和实验的技术储备，因此 研发和工程实验任务十分繁重； 经费严重不足，任务繁重，而要求完成工 程建设的时间又十分紧迫， 因此建设 EAST 意义重大，十分重要，但 又是十分十分困难的艰巨任务！
（未来聚变堆的基本要求）
为未来稳态、安全、高效先进聚变堆 提供物理和工程技术基础； 物理和工程技术基础
（所以是实验装置而不是反应堆）
使我国在开发核聚变能源的研究领域 进入国际先进水平。
EAST超导托卡马克
EAST 的核心是建造一个大型、先进、
全超导托卡马克核聚变实验装置
EAST物理、工程特点 物理上
HT-7 超导托卡马克
HT-7 超导托卡马克
08年初实现400秒一千万度高参数放电
Te(keV)
1.2
71377 Te profile at 75s by 50s collecting time
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27
Three scenarios show how high the nuclear power China will be demanded in next 20 to 40 years :
Scenario Low Level Mid. Level High Level Ratio A Ratio B 10% 20% 30% 6% 12% 18% Nucl. Power 120Gw 240Gw 360Gw Capacity (Approximate Scale) Double in France Sum in US, France and RF > Sum all over the world
1st Cooldown of TF Magnets
工程调试一次成功
Time
0 2
P-inlet
18 00 :00 20 06 -220 00 :00 20 06 -222 00 :00 20 06 -224 00 :00 20 06 -226 00 :00 20 06 -228 00 :00 20 06 -320 0:0 0 20 06 -340 0:0 0 20 06 -360 0:0 0 20 06 -380 0:0 20 0 06 -310 00 :00 20 06 -312 00 :00 20 06 -314 00 :00
15#TF
16#TF
ASIPP
The first central solenoid coil was tested very well
项目进展
全部超导极向场磁体主要实验数据
ห้องสมุดไป่ตู้
偏滤器线圈
中心螺管
快速放电波形C
快速放电波形A
快速放电波形B
快速放电波形D
ASIPP
价值数百万的纵场超导磁体 正陆续进入主机大厅