EAST超导托卡马克装置真空抽气系统

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中科院等离子体物理研究所 作者:李加宏

  真空抽气系统在EAST 全超导托卡马克装置中是非常重要的组成部分,它主要由内真空室抽气系统和外真空室抽气系统组成。内真空室抽气系统主要由主抽系统、偏滤器抽气系统、低杂波抽气系统组成,主要为等离子体的稳定运行提供清洁的超高真空环境;外真空室抽气系统主要由主抽系统、电流引线段抽气系统及低温阀箱抽气系统组成,主要为超导磁体的正常运行提供真空绝热条件。EAST 真空抽气系统经过三轮物理实验的不断改造和完善,目前基本满足了等离子体物理实验的需要。

  以开发聚变能,为人类解决干净、丰富能源为研究目标的可控热核聚变,是当代自然科学中一项具有战略意义的前沿科学。磁约束聚变是受控热核反应研究的主要途径之一,以实现氘氚聚变能的和平利用为目的,并将实现氘氚等离子体的自持燃烧及将这种燃烧持续下去作为实现聚变能的研究途径。托卡马克装置是目前主要的磁约束装置之一,其基本原理是在一个超高真空环形真空室中,充入原料气体,如D、T,并击穿形成等离子体,采用强磁场将等离子体约束起来,加热等离子体并实现聚变反应。

  为了获得高品质的等离子体,必须降低等离子体中的杂质。而在即将进行的准稳态高参数等离子体运行的全超导托卡马克装置中,如EAST、ITER,除了完成杂质限制外,还需要解决真空室里的氢同位素的滞留。为了减低装置内杂质和氢水平,需要采用大抽速抽气系统进行抽气,并利用壁处理技术来获得良好的真空环境和器壁状态。

  实验的、先进的非圆截面的EAST 超导托卡马克核聚变实验装置是国家九五重大科学工程之一,也是世界上第一个具有ITER 相似结构的全超导托卡马克。EAST 主要的研究目标主要是包括先进的准稳态运行模式下相关物理,和为未来聚变反应堆———全超导托卡马克装置提供技术基础。在2006 年,完成了EAST 装置建设,并成功进行了工程调试及等离子体实验运行,获得了高温等离子体放电,并成功实现大拉长偏滤器位型放电。真空系统在整个EAST 装置中是非常重要的组成部分,外真空室为低温超导提供绝缘环境,内真空室为高温的等离子体聚变提供了清洁环境。随着等离子体物理实验的进行,EAST 的真空抽气系统也在不断的改造和完善,为EAST 等离子体放电提供了良好的真空环境和器壁状态,满足等离子体放电物理实验的需要。本文主要介绍了当前EAST 装置的真空抽气系统现状及其运行情况。

1、EAST 真空室及其基本要求

  EAST 真空室主要由内真空室、外真空室、低温阀箱真空室三个相互独立部分组成。内真空室是由16 个D 型截面的扇形全硬段焊接而成,最大能够承受13 个大气压差,因而能够与其它真空室分开独立运行。主体材料为316L 不锈钢,面向等离子体的第一壁为表面镀有约100um SiC 涂层的GBST1308 (B 1% 、Si2.5%、Ti 7.5% 、C 89%)掺杂石墨材料,体积约40 m3(含窗口管道),内表面积约162 m2 (包括窗口管道,未考虑石墨)。

  外真空室主要包括装置主机部分和电流引线段真空室。主机部分包含超导线圈和内外冷屏等复杂的低温系统部件,体积约160 m3。电流引线段是由两个电流引线罐和传输线部分组成,体积约22 m3

  不同的真空室有着不同的真空要求,内真空室主要为等离子体的稳定运行提供清洁的超高真空环境,极限真空度需要高于2×10- 5 Pa。外真空室主要为超导磁体的正常运行提供真空绝热条件,其设计指标要求在室温下真空度高于0.1 Pa,在超导态下真空度高于5×10- 4 Pa。电流引线罐和传输线真空度需要高于5×10- 4 Pa。

4、总结

  EAST 超导托卡马克装置在2007 年通过国家验收后,其真空抽气系统在实验过程的不断改造和完善,目前EAST 装置内真空室极限真空为3.1×10- 6 Pa,总的漏放率为2.5×10- 4 Pa·m 3/s;外真空室真空度达到1.9×10- 4 Pa。实验表明,EAST真空抽气系统的性能已完全满足了装置的抽空检漏、烘烤、GDC 和硼化以及等离子体运行等抽气要求,为装置的高等离子体参数、先进偏滤器位形的实现提供了良好的技术支持。

  EAST超导托卡马克装置真空抽气系统为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/systemdesign/032133.html

  与 真空系统 EAST 抽气系统 托卡马克 相关的文章请阅读:

  真空系统http://www.chvacuum.com/systemdesign/