近年来，大家经常听到中国科学院等离子体物理研究所的东方超环核聚变装置EAST刷新纪录的消息。例如，2021年5月28日，EAST实现了可重复的100秒、1。2亿度等离子体放电，引起了世界轰动。 EAST装置物理实验实现1。2亿度101秒等离子体运行 然而，这些成果是怎么取得的呢？媒体一般不讲，因为普通人要看懂成果本身都已经不容易了，更何况科学原理。最近，我看到EAST的两代负责人李建刚院士和万元熙院士在中国工程院院刊《Engineering》的文章《东方超环托卡马克》，给出了详细的解读。 《东方超环托卡马克》 首先，EAST的基本定位是，世界上第一个全超导托卡马克。然后，它的目标并不是发生核聚变，放出能量。实际上，EAST做的只是放电，即制备和控制氢的等离子体。这个等离子体将来可以成为聚变的原料，但现在并没有发生聚变。人类现在的问题是对等离子体控制得不好，过不了多长时间能量就泄漏了。所以EAST的任务是研究如何把等离子体控制好，具体而言包括：一，演示超过1000秒的长脉冲偏滤器运行；二，实现数百秒的高约束模式运行；三，为未来聚变装置的关键科学和工程问题提供参考。 EAST超导托卡马克 为实现这些目标，EAST开发了许多重要的技术，其中三种最关键的技术是：超导磁体系统、加热和电流驱动系统（heatingandcurrentdrive，HCD）、主动冷却偏滤器。下面分别来介绍一下。 一，超导磁体。EAST是全世界第一个在所有磁体上都使用超导材料的全超导托卡马克，包括提供纵场（toroidalfield，TF）的线圈和用于等离子体控制（poloidalfield，PF）的线圈。EAST超导磁体系统由16个TF线圈、6个PF线圈和6个中央螺线管（centralsoliloid，CS）线圈组成。EAST所有磁体都选用了铌钛合金（NbTi）作为超导材料。所有线圈均采用了导管内电缆（CICC）技术，以提供非常高的工作电流和足够的抗交流损耗能力。 EAST的超导磁体：（a）单个TF线圈；（b）超导纵场TF磁体系统 在EAST运行的15年中，所有超导磁体都经历了不同的托卡马克运行模式，无一失败，证明了第一个完全使用超导磁体的托卡马克的运行质量和鲁棒性。 二，辅助加热。等离子体的有效加热和等离子体电流分布控制是聚变应用的必要条件。在过去的几十年里，以下四种主要的HCD系统在托卡马克的研究中得到了广泛的应用：离子回旋共振加热（ICRH）、电子回旋共振加热（ECRH）、中性束流注入（NBI）和低杂波电流驱动（LHCD）。大多数HCD系统是以短脉冲模式开发的，只能持续几秒钟。为了实现EAST的使命，需要新一代具有长脉冲（1001000s）的HCD系统。 稳态低杂波（4。6GHz6MW）系统 EAST研制出了总功率为34MW的长脉冲HCD系统，包括一套12MW的连续波ICRH系统、一套8MW的注入粒子能量为5080keV的NBI系统、一套140GHz的4MWECRH系统、一套2。45GHz的4MWLHCD系统和一套6MWLHCD4。6GHz系统。与其他托卡马克装置相比，EAST是唯一一个具有所有4种HCD系统的长脉冲托卡马克装置，它可以提供不同加热方式和等离子体控制的灵活组合，以促进高性能稳态运行。EAST的HCD系统在国际热核聚变实验堆（ITER）和其他大型稳态托卡马克的技术开发中发挥着关键作用，特别是EAST的实验经验可以为所有HCD系统的测试提供一种集成的方法。 三，偏滤器。在长脉冲条件下，等离子体和壁之间发生的强烈相互作用，以及高热量和高粒子通量，给聚变反应堆带来严峻的挑战。对偏滤器靶来说尤其如此，因为偏滤器靶的最高热量和粒子通量都高于材料极限。为了实现目标，已经在EAST中使用了三代偏滤器。 第一代是完全主动冷却的掺杂石墨面向等离子体组件（PFC）和石墨偏滤器，它的连续热排出能力是2MWm（2）。第二代是全钨偏滤器，其热流处理能力高达10MWm（2）。 高性能石墨水冷偏滤器 类ITER钨串水冷偏滤器 由于实验的迅速发展，EAST偏滤器靶板的热负荷将很快达到20MWm（2）。为了满足未来的需求，我们选择了一种20MWm2超级蒸发冷却（hypervapotron）结构的平板（flattile）WCu偏滤器。该部件承受住了1000次20MWm（2）的高热负荷辐照，其表面温度约为900，远低于ITER的结构。新的偏滤器于2021年年初在EAST安装，近半年来进行了长脉冲、高热流实验，未出现故障。进一步的实验将为未来的聚变反应堆提供可靠的经验。 介绍了这三种关键技术后，文章结尾的展望是： 拥有托卡马克核聚变研究的所有技术前提设施（如偏滤器、HCD系统和长脉冲放电能力）的EAST，使中国磁约束聚变研究处于国际稳态先进托卡马克运行领域的前沿。在ITER开始运行之前，EAST提供了很多关于超导系统和稳态运行的经验。 在未来几年里，ITER所需的高达400秒的高约束模式放电将是EAST的目标。在10年的长期计划中，随着HCD和先进诊断技术的进一步升级，EAST将把其先进性能运行的模式扩展到稳态运行区间，目的是研究未来聚变反应堆的条件，如在反应堆相关条件下运行数小时。
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