东方超环（EAST）世界纪录

Posted 2020-09-28 Paulcnblogs

       2017年7月3日夜晚，国家大科学装置——世界上第一个全超导托卡马克（EAST）东方超环再传捷报：实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，创造了新的世界纪录。这标志着EAST成为了世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。这一里程碑性的重要突破，标志着我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面，将继续引领国际前沿，对国际热核聚变实验堆（ITER）和未来中国聚变工程实验堆（CFETR）建设和运行具有重大的科学意义

　　ITER计划是当前世界上规模最大的国际科技合作项目，是人类探寻未来高效清洁能源的重要途径。实现稳态长脉冲高约束等离子体运行是未来聚变堆亟待解决的关键科学问题。EAST具有ITER类似的先进技术，未来五年内将是国际上唯一有能力开展超过百秒时间尺度的长脉冲高约束聚变等离子体物理和工程技术研究的实验平台，为ITER预演稳态运行是EAST的重要使命。基于过去十多年的研究积累，EAST团队通力合作集体攻关，集中解决长时间尺度下的等离子体位形精确控制、高功率射频波加热与电流驱动、高约束性能等离子体稳定性、等离子体与壁相互作用、粒子与热排出、关键分布参数的实时诊断等一系列与稳态运行密切相关的关键技术和物理问题，同时对多尺度物理过程的集成和芯部约束与边界、偏滤器的有效兼容等前沿问题开展了深入的科学研究。EAST在以低动量注入纯射频波加热、钨偏滤器等类似ITER未来运行条件下，成功实现了全程扰动幅度较小的边缘局域模(ELMs)的高约束模式，有效控制了偏滤器靶板热负荷和钨杂质返流，获得了约束改善因子H_98y2大于1.1的完全非感应电流稳态高性能等离子体，并通过先进磁位形的精确控制实现了等离子体运行的软着陆，验证了超高真空、低温、大功率电源、超导磁体、射频波和中性束加热、计算机控制和数据采集等系统稳态运行的能力。这次实验的突破进一步提升了EAST在国际磁约束聚变实验研究中的重要地位，其科学研究成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持，更为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆（CFETR）的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。

　　EAST的研究长期得到国家发改委、科技部、中国科学院、国家自然科学基金委等项目的资助，以及安徽省、合肥市等相关部门的大力支持。一直以来，EAST团队秉承“甘于奉献，团结协作，锐意进取，争创一流”的等离子体所大科学文化精神，以广迎四海的开放心态，通过广泛而深入的国内外合作，已将EAST打造成国际上最重要的磁约束核聚变实验平台。

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延伸阅读：东方超环（EAST）2012年度实验创两项世界记录（文章来源：合肥物质科学研究院，发布时间：2012-07-10）

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       7月10日，东方超环（EAST）超导托卡马克2012年物理实验顺利结束。在长达四个多月的实验期间，科学家们利用低杂波和离子回旋射频波，实现多种模式的高约束等离子体、长脉冲高约束放电，获得多项重大成果，创造了两项托卡马克运行的世界记录：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。这分别是国际上最长时间的高温偏滤器等离子体放电、最长时间的高约束等离子体放电，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。

 

400秒等离子体运行

稳定重复的长脉冲H-mode运行

高参数、高约束模式偏滤器等离子体是未来聚变托克马克放电的最基本的运行方式。我国参加的最大国际科学合作项目——国际热核聚变实验堆（ITER）首要目标是实现400秒的高约束等离子体，但实现该科学目标尚面临众多科学和技术（物理和工程）上的挑战。目前，国际上大部分托卡马克的偏滤器等离子体持续时间均在20秒以下，欧盟和日本科学家曾获得最长为60秒的高参数偏滤器等离子体。本次实验，我国科学家针对未来ITER 400秒高参数运行的一些关键科学技术问题，如等离子体精确控制、全超导磁体安全运行、有效加热与驱动、等离子体与壁材料相互作用等，开展了全面的实验研究，获得了411秒的中心等离子体密度约2*10¹⁹m^-3、中心电子温度大于两千万度的高温等离子体。

高约束等离子体放电是未来磁约束聚变堆首选的一种先进高效运行方式。从上世纪八十年代以来，世界上众多托卡马克都在探寻各种方式实现高约束放电，并不断尝试延长高约束放电时间。长期以来，实现长时间高约束放电一直是国际聚变界追求的目标和挑战极大的前沿课题。目前正在运行的托克马克的高约束放电时间大都在10秒以下。2003年，日本JT-60U装置（已退役）曾利用强流中性束加热实现一次28秒的高约束等离子体放电，这是目前放电时间最长的一次。在本轮EAST实验中，我国科学家利用低杂波与射频波协同方法，在低再循环条件下实现了稳定重复的超过32秒的高约束等离子体放电。我国科学家所用的方法独特、经济、有效，为未来国际热核聚变实验堆（ITER）提供了一条高效实现高约束放电的新途径。

东方超环（EAST）是由国家发改委立项的“九五”国家大科学工程，是由我国科学家独立设计建造的世界首个全超导托克马克，于2007年建成并开始科学实验。在国家科技部（ITER专项）、基金委、中科院等部门的支持下，科学实验不断深入，近年来已吸引大批国外科学家来华开展科学实验，美国能源部已将EAST列为未来美国磁约束聚变合作的首选装置。自今年2月开始本轮EAST科学实验以来，超过100位的国外科学家来华开展广泛的合作研究。实验中，国内外科学家们围绕高参数长脉冲等离子体相关科学技术问题开展了大量的科学实验，取得了一系列新结果和大量的科学实验数据，为未来更高参数的长脉冲物理实验奠定了很好的基础。

 

参考链接：

[1] "东方超环"物理实验获重大突破 实现世界最长稳态高约束模
[2] “东方超环”创世界纪录;EAST首次获得百秒量级稳态高约束模等离子体
[3] EAST首次获得百秒量级稳态高约束模等离子体;“东方超环”创两项世界纪录
[4] 我东方超环可控核聚变实验连破世界纪录(图);东方超环2012年度实验获多项重大突破
[5] 东方超环(EAST)2010年度物理实验获多项成果; “东方超环”（EAST）2010年实验获多项重要突破
[6] 东方超环（EAST）2012年度实验创两项世界记录; EAST首次获得百秒量级稳态高约束模等离子体