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HT-7

九十年代初,中科院等离子体所利用前苏联赠送的原价值约1500万美元的T-7装置进行大幅度改造,使其成为研究性更加先进,且更加完善的超导托卡马克——HT-7。其主要研究目标是,获得并研究长脉冲或准稳态高温等离子体,检验和发展与其相关的工程技术,为未来稳态先进托卡马克聚变堆提供工程技术和物理基础。

 
HT-7装置示意图
 
1994年12月至95年3月,HT-7首次成功进行了工程联调,94年12月28日得到第一等离子体。1998年国务院科教领导小组批准了国家“九五”重大科学工程HT-7U的立项,HT-7也部分承担下一代装置HT-7U的前期实验任务。
HT-7是一个大型的实验系统,它包括HT-7超导托卡马克装置本体,大型超高真空系统,大型计算机控制和数据采集处理系统,大型高功率脉冲电源及其回路系统,全国规模最大的低温液氦系统,兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统,以及数十种复杂的诊断测量系统。几年来,HT-7超导托卡马克装置经过不断的改造,已进行了十几轮实验运行,取得若干科研成果,具有一定的国际影响力。为实现HT-7超导托卡马克装置的高功率、稳态运行,2001年,科研人员对HT-7的实验系统进行了数项重大改造:
(2)极向场的稳态供电及控制;
(3)利用钒钢实现稳态条件下纵场波纹度的大幅度改善;
(3)1MW稳态低杂波电流驱动系统;
(4)高性能水冷石墨限制器及粒子排除系统;
(5)新型射频天馈系统;
(6)海量数据实时连续采集系统;
(7)数项先进等离子体诊断系统。
在物理上,HT-7紧紧围绕稳态高约束等离子体运行这一世界前沿课题展开深入研究。为达到这个目的所开展的实验如下:
(1)低杂波电流驱动及改善约束;
(2)离子伯恩斯坦波加热及改善约束;
(3)边界湍流及输运研究;
(4)等离子体参数精细分布控制;
(5)先进壁处理;
(6)稳态运行及控制。
随着物理实验的不断深入,2001年冬季实验又获重大进展,获得了许多研究成果:
(1)实现了在低杂波驱动下电子温度超过五百万度、中心密度大于、长达20秒可重复的高温等离子体放电;
(2)实现大于10秒、电子温度超过一千万度、中心密度大于的高参数等离子体放电,这是世界上第二个放电长度达到1000倍能量约束时间高参数准稳态等离子体;
(3)在离子伯恩斯波和低杂波协同作用下,实现放电脉冲长度大于100倍能量约束时间、电子温度二千万度的高约束稳态运行;
(4)最高电子温度超过三千万度。
截至目前,HT-7超导托卡马克达到的主要物理和技术指标为:
(1)等离子体参数:放电时间20秒,电子温度 >3000万度,电子密度 ,等离子体电流240千安;
(2)装置运行参数:磁场强度2.2特斯拉,本底真空;
(3)低杂波系统指标:最大注入功率700千瓦,环电压降至0,并向变压器反充电;
(4)离子回旋波加热和IBW指标:最大注入功率330千瓦,等离子体电子温度和离子温度明显升高;
(5)等离子体和壁相互作用:RF清洗及RF硼化和硅化效果明显,有效Zeff接近1;
(6)诊断技术及所达指标:总诊断35种,400多路诊断信号;
(7)加料技术:弹丸注入和IBW协同实验,发现芯部约束改善;Laval喷嘴实验已取得初步结果;
(8)等离子体控制:多变量控制,等离子体电流、位移反馈,实现等离子体参数灵活调节,较高放电重复率。
以上指标充分说明,HT-7超导托卡马克装置已步入可进行高参数稳态条件下等离子体物理研究的先进装置行列。