EAST超導托卡馬克裝置真空抽氣系統

　　真空抽氣系統在EAST 全超導托卡馬克裝置中是非常重要的組成部分，它主要由內真空室抽氣系統和外真空室抽氣系統組成。內真空室抽氣系統主要由主抽系統、偏濾器抽氣系統、低雜波抽氣系統組成，主要為等離子體的穩定運行提供清潔的超高真空環(huán)境；外真空室抽氣系統主要由主抽系統、電流引線(xiàn)段抽氣系統及低溫閥箱抽氣系統組成，主要為超導磁體的正常運行提供真空絕熱條件。EAST 真空抽氣系統經(jīng)過(guò)三輪物理實(shí)驗的不斷改造和完善，目前基本滿(mǎn)足了等離子體物理實(shí)驗的需要。

　　以開(kāi)發(fā)聚變能，為人類(lèi)解決干凈、豐富能源為研究目標的可控熱核聚變，是當代自然科學(xué)中一項具有戰略意義的前沿科學(xué)。磁約束聚變是受控熱核反應研究的主要途徑之一，以實(shí)現氘氚聚變能的和平利用為目的，并將實(shí)現氘氚等離子體的自持燃燒及將這種燃燒持續下去作為實(shí)現聚變能的研究途徑。托卡馬克裝置是目前主要的磁約束裝置之一，其基本原理是在一個(gè)超高真空環(huán)形真空室中，充入原料氣體，如D、T，并擊穿形成等離子體，采用強磁場(chǎng)將等離子體約束起來(lái)，加熱等離子體并實(shí)現聚變反應。

　　為了獲得高品質(zhì)的等離子體，必須降低等離子體中的雜質(zhì)。而在即將進(jìn)行的準穩態(tài)高參數等離子體運行的全超導托卡馬克裝置中，如EAST、ITER，除了完成雜質(zhì)限制外，還需要解決真空室里的氫同位素的滯留。為了減低裝置內雜質(zhì)和氫水平，需要采用大抽速抽氣系統進(jìn)行抽氣，并利用壁處理技術(shù)來(lái)獲得良好的真空環(huán)境和器壁狀態(tài)。

　　實(shí)驗的、先進(jìn)的非圓截面的EAST 超導托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置是國家九五重大科學(xué)工程之一，也是世界上第一個(gè)具有ITER 相似結構的全超導托卡馬克。EAST 主要的研究目標主要是包括先進(jìn)的準穩態(tài)運行模式下相關(guān)物理，和為未來(lái)聚變反應堆———全超導托卡馬克裝置提供技術(shù)基礎。在2006 年，完成了EAST 裝置建設，并成功進(jìn)行了工程調試及等離子體實(shí)驗運行，獲得了高溫等離子體放電，并成功實(shí)現大拉長(cháng)偏濾器位型放電。真空系統在整個(gè)EAST 裝置中是非常重要的組成部分，外真空室為低溫超導提供絕緣環(huán)境，內真空室為高溫的等離子體聚變提供了清潔環(huán)境。隨著(zhù)等離子體物理實(shí)驗的進(jìn)行，EAST 的真空抽氣系統也在不斷的改造和完善，為EAST 等離子體放電提供了良好的真空環(huán)境和器壁狀態(tài)，滿(mǎn)足等離子體放電物理實(shí)驗的需要。本文主要介紹了當前EAST 裝置的真空抽氣系統現狀及其運行情況。

1、EAST 真空室及其基本要求

　　EAST 真空室主要由內真空室、外真空室、低溫閥箱真空室三個(gè)相互獨立部分組成。內真空室是由16 個(gè)D 型截面的扇形全硬段焊接而成，最大能夠承受13 個(gè)大氣壓差，因而能夠與其它真空室分開(kāi)獨立運行。主體材料為316L 不銹鋼，面向等離子體的第一壁為表面鍍有約100um SiC 涂層的GBST1308 （B 1% 、Si2.5%、Ti 7.5% 、C 89%）摻雜石墨材料，體積約40 m³（含窗口管道），內表面積約162 m² (包括窗口管道，未考慮石墨)。

　　外真空室主要包括裝置主機部分和電流引線(xiàn)段真空室。主機部分包含超導線(xiàn)圈和內外冷屏等復雜的低溫系統部件，體積約160 m3。電流引線(xiàn)段是由兩個(gè)電流引線(xiàn)罐和傳輸線(xiàn)部分組成，體積約22 m³。

　　不同的真空室有著(zhù)不同的真空要求，內真空室主要為等離子體的穩定運行提供清潔的超高真空環(huán)境，極限真空度需要高于2×10^{- 5} Pa。外真空室主要為超導磁體的正常運行提供真空絕熱條件，其設計指標要求在室溫下真空度高于0.1 Pa，在超導態(tài)下真空度高于5×10^{- 4} Pa。電流引線(xiàn)罐和傳輸線(xiàn)真空度需要高于5×10^{- 4} Pa。

4、總結

　　EAST 超導托卡馬克裝置在2007 年通過(guò)國家驗收后，其真空抽氣系統在實(shí)驗過(guò)程的不斷改造和完善，目前EAST 裝置內真空室極限真空為3.1×10^{- 6} Pa，總的漏放率為2.5×10^{- 4} Pa·m ³/s；外真空室真空度達到1.9×10^{- 4} Pa。實(shí)驗表明，EAST真空抽氣系統的性能已完全滿(mǎn)足了裝置的抽空檢漏、烘烤、GDC 和硼化以及等離子體運行等抽氣要求，為裝置的高等離子體參數、先進(jìn)偏濾器位形的實(shí)現提供了良好的技術(shù)支持。