合肥托卡馬克6號(hào)模擬裝置（HT-6）
1973年4月，中國科學(xué)院根據(jù)周恩來總理的指示，提出“關(guān)于利用合肥電感儲(chǔ)能進(jìn)行受控?zé)岷朔磻?yīng)擴(kuò)大中間試驗(yàn)的設(shè)想”，并在安徽光機(jī)所成立受控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)站，此后開始從全國陸續(xù)調(diào)集科研人員進(jìn)站從事核聚變研究。但是在建站初期許多人都未接觸過受控?zé)岷朔磻?yīng)，為了盡快開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，決定利用中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所的電感儲(chǔ)能電源、工廠加工條件，設(shè)計(jì)加工一個(gè)受控模擬裝置。總體組提出來采用空芯變壓器結(jié)構(gòu)，縱場(chǎng)線圈采用650型潛艇蓄電池供電，加熱場(chǎng)線圈采用電感線圈經(jīng)開關(guān)、熔絲換流供電，真空室采用鈦泵抽真空，主回路、控制和測(cè)量回路借用原大能量激光打靶實(shí)驗(yàn)回路，裝置建在2-1實(shí)驗(yàn)大廳西頭北跨。由于縱場(chǎng)線圈儲(chǔ)能量約百萬焦耳，故取名為HT-6模擬裝置(合肥托卡馬克6號(hào)模擬裝置)。
經(jīng)過總體方案論證、技術(shù)設(shè)計(jì)、工廠加工、部件調(diào)試、總裝檢漏，僅用半年時(shí)間就加工制成一個(gè)環(huán)形托卡馬克裝置。在部件通電調(diào)試的基礎(chǔ)上，于1974年12月25日開始放電試驗(yàn)，于26日凌晨6時(shí)30分，只聽得轟的一聲巨響，真空室觀察窗閃出很強(qiáng)閃光，放電獲得了成功。當(dāng)時(shí)測(cè)得實(shí)驗(yàn)結(jié)果：縱場(chǎng)線圈電流60KA，加熱場(chǎng)線圈電流40KA，平衡場(chǎng)線圈電流25KA，真空室6×10-6乇。全體參加調(diào)試人員都?xì)g呼起來。這一天正是毛澤東主席的生日，裝置放電成功為毛主席生日獻(xiàn)上了一份厚禮。這是等離子體物理研究所第一次實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行。
HT—6B托卡馬克裝置
上個(gè)世紀(jì)70年代末，離子體研究所開始著手建造HT—6B托卡馬克裝置，主要用于研究溫度在100～200萬度范圍內(nèi)的等離子體物理機(jī)理。它由一個(gè)大半徑為45cm，小半徑為13cm的環(huán)形超高真空室；感應(yīng)產(chǎn)生和加熱等離子體的空芯變壓器；維持等離子體平衡穩(wěn)定的環(huán)向場(chǎng)、垂直場(chǎng)、水平場(chǎng)系統(tǒng)；貯能4MJ的電容器供電回路及控制系統(tǒng)和多種診斷測(cè)量儀器所組成。當(dāng)時(shí)達(dá)到的運(yùn)行參數(shù)為：極限真空2.8×10-8乇，環(huán)向場(chǎng)磁強(qiáng)度7000高斯，等離子體電15千安，等離子體中心的電子溫度100萬度，放電維持時(shí)間8毫秒。該裝置所用的各種診斷測(cè)量儀器已達(dá)10多種，其中各種電磁測(cè)量手段在國內(nèi)達(dá)到較高水平。其電磁測(cè)量有：測(cè)定等離子體的環(huán)電壓、環(huán)電流、磁面位置及不穩(wěn)定性模式等。
HT—6M托卡馬克裝置
1980年離子體研究所開始建造HT—6M托卡馬克裝置，該裝置的真空室是國內(nèi)首次研制成全硬段結(jié)構(gòu)的環(huán)狀真空室，大半徑為65cm，小半徑為20cm，試抽極限真空進(jìn)入10-9乇量級(jí)，處于國內(nèi)同類裝置最高水平。摸索出一套控制氬弧焊焊接不銹鋼變形的方法，保證了制造精度。改進(jìn)真空室結(jié)構(gòu)，并采用了電化學(xué)拋光，以提高表面光潔度，這一系列措施確保真空室達(dá)到了較高的超高真空度。1984年底HT—6M托卡馬克裝置建成投入試驗(yàn)。HT—6M裝置的物理目標(biāo)是充分發(fā)揮中型裝置實(shí)驗(yàn)的靈活性和高的實(shí)驗(yàn)重復(fù)頻率，以及具有較高參數(shù)的歐姆加熱本底等離子體特性，開展以輔助加熱為核心的研究，開拓托卡馬克等離子體新的參數(shù)。進(jìn)行多課題綜合性等離子體物理研究。在國際合作中，HT－6M發(fā)揮了重要的作用，和日本、歐共體、世界實(shí)驗(yàn)室、第三世界科學(xué)院等開展合作研究。HT-6M的實(shí)驗(yàn)成果還獲得了科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)多項(xiàng)。在取得經(jīng)驗(yàn)、鍛煉隊(duì)伍、培養(yǎng)人才等各個(gè)方面都發(fā)揮了重要作用。
HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置
可控核聚變研究的一項(xiàng)重大突破，是將超導(dǎo)技術(shù)成功地應(yīng)用于產(chǎn)生托卡馬克強(qiáng)磁場(chǎng)的線圈上。使得磁約束位形的連續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí)，這是受控核聚變研究的一個(gè)重大突破。簡單來說：托卡馬克裝置的核心就是由導(dǎo)電線圈形成的強(qiáng)磁場(chǎng)，托卡馬克裝置越接近實(shí)用，就要給導(dǎo)電線圈通過越大的電流形成越強(qiáng)的磁場(chǎng)。這個(gè)時(shí)候，導(dǎo)線里的電阻就出現(xiàn)了，電流遇到電阻會(huì)產(chǎn)生熱量，損壞試驗(yàn)裝置。事實(shí)上，以往的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，大多是因?yàn)檫@一過程產(chǎn)生大量熱量而只能做短暫脈沖運(yùn)行，并且耗電巨大。
而超導(dǎo)技術(shù)可以克服電阻的問題。1912年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯在偶然間發(fā)現(xiàn)，他的水銀樣品在低溫4.25K左右(零下269攝氏度左右)時(shí)電阻消失，接著，他又發(fā)現(xiàn)鉛、錫等金屬也有這樣的現(xiàn)象。他將這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。這一發(fā)現(xiàn)，開辟了一個(gè)嶄新的物理領(lǐng)域。在用液氦解決可控核聚變裝置的散熱問題時(shí)，科學(xué)家們想到了可以用液氦包覆導(dǎo)線制成超導(dǎo)線圈。于是，使用超導(dǎo)線圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超導(dǎo)托卡馬克裝置。
前蘇聯(lián)于1979年建造的T-7超導(dǎo)托卡馬克裝置是世界上第一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克裝置，在庫爾恰托夫原子能研究所運(yùn)行了5年左右，因?yàn)門-7建好不久，前蘇聯(lián)又建造了更大的T-15超導(dǎo)裝置，因此抓大放小，T-7閑置，1985年后基本停止試驗(yàn)。雖然T-7裝置僅開了12個(gè)小窗口，無法開展真正意義上的等離子體物理實(shí)驗(yàn)，但卻將超導(dǎo)技術(shù)用于縱場(chǎng)磁體并調(diào)試成功，最大縱場(chǎng)勵(lì)磁電流達(dá)4800A(對(duì)應(yīng)等離子體中心磁場(chǎng)2.5T)，其重大意義在于在工程上驗(yàn)證了縱場(chǎng)磁體能夠在這類磁容器上實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。而在90年代初，國際聚變界成功地在托卡馬克裝置上實(shí)現(xiàn)了可控核聚科學(xué)可行性后，研究重心也開始轉(zhuǎn)向：(1)實(shí)現(xiàn)托卡馬克的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；(2)研究先進(jìn)運(yùn)行模式，以提高反應(yīng)堆的效率和經(jīng)濟(jì)性。超導(dǎo)托卡馬克成為主流技術(shù)。目前，全世界僅有俄、日、法、中四國擁有超導(dǎo)托卡馬克。
上世紀(jì)90年代初，蘇聯(lián)解體前夕，俄羅斯庫爾恰托夫研究所所長卡多姆采夫院士致信核工業(yè)西南物理研究院李正武院長，表示愿意將價(jià)值1500萬美元的T-7裝置贈(zèng)送給中國，該信被轉(zhuǎn)交到時(shí)任合肥等離子體所所長的霍裕平所長。等離子體所認(rèn)真分析了國際核聚變發(fā)展的趨向，抓住機(jī)遇，果斷決定接收T-7裝置。在引進(jìn)T-7之前，等離子所已經(jīng)有一個(gè)比較大的常導(dǎo)托卡馬克立項(xiàng)并完成了工程設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)的所長霍裕平還是決定停止這個(gè)項(xiàng)目，引進(jìn)T-7；這個(gè)決定是非常有前瞻性的，超導(dǎo)磁體是磁約束聚變裝置發(fā)展的必由之路。
1990年10月，等離子體所與俄方正式達(dá)成協(xié)議，采用以易貨貿(mào)易的方式，花了兩車皮羽絨服的代價(jià)，將T-7從俄羅斯引進(jìn)過來。國際上像T-7這種搬家很正常，受控核聚變領(lǐng)域是世界上最開放的一個(gè)國際大科學(xué)前瞻型領(lǐng)域，關(guān)系到未來能源問題，所以各國都會(huì)進(jìn)行合作。比如荷蘭從法國搬走Petula裝置，意大利從英國搬走START裝置。原主人有了新裝置后，原來的舊裝置雖然仍能工作運(yùn)行，還不如半送給其他有需要的國家，兩全其美，T-7相比這些移植裝置，狀況要好的多。
1991年3月，HT-7在所里正式立項(xiàng)，其主要研究目標(biāo)是，獲得并研究長脈沖或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)高溫等離子體，并檢驗(yàn)和發(fā)展與其相關(guān)的工程技術(shù)，為未來穩(wěn)態(tài)先進(jìn)托卡馬克聚變堆提供工程技術(shù)和物理基礎(chǔ)。1991年6月T-7所有部件運(yùn)抵等離子體所；并動(dòng)員和組織了全所主要的人力、財(cái)力和工程技術(shù)力量，投入裝置的建設(shè)。根據(jù)原定的研究和實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行了根本性改造：將原48個(gè)縱場(chǎng)線圈合并改造成24個(gè)，并重新設(shè)計(jì)制作了新的真空室，增加了34個(gè)新的窗口，大大改善了裝置的可接近性。為開展高功率輔助加熱和長脈沖運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)安裝了真空室內(nèi)主動(dòng)水冷內(nèi)襯和新的垂直場(chǎng)系統(tǒng)。建成了國內(nèi)最大的低溫液氦系統(tǒng)和大功率電源系統(tǒng)等九個(gè)子系統(tǒng)，使一個(gè)原本不具備物理實(shí)驗(yàn)功能的T-7裝置改造成能夠開展多種實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)裝置。
改建后的裝置包括HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置本體、大型超高真空系統(tǒng)、大型計(jì)算機(jī)控制和資料采集處理系統(tǒng)、大型高功率脈沖電源及其回路系統(tǒng)、我國最大的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、全國規(guī)模最大的低溫氦制冷系統(tǒng)、兆瓦級(jí)低雜波電流驅(qū)動(dòng)和射頻波加熱系統(tǒng)以及三十多種復(fù)雜的診斷測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。診斷系統(tǒng)是物理實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的技術(shù)，該系統(tǒng)采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和控制與處理手段，性能優(yōu)良，成功地實(shí)現(xiàn)了具有模式選擇功能的水平和垂直方向的接收與傳輸系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明該傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定，耗損低，在國際上獨(dú)具特色。激光湯姆森散射診斷系統(tǒng)是托卡馬克聚變研究中又一非常重要的測(cè)量系統(tǒng)，用它來提供高溫等離子體中電子溫度、密度等重要參數(shù)的時(shí)空分布，也是世界公認(rèn)的難度最大的診斷系統(tǒng)之一。這一系統(tǒng)由我國與俄羅斯庫爾恰夫原子能所合作研制。
HT—7超導(dǎo)裝置環(huán)體從內(nèi)到外有內(nèi)真空室、內(nèi)氮屏、超導(dǎo)縱場(chǎng)、外氮屏、外真空室五層，環(huán)環(huán)相套。內(nèi)真空室為高溫等離子體提供一個(gè)超凈的空間；內(nèi)外氮屏通以液氮為超導(dǎo)縱場(chǎng)提供零下180℃—190℃的低溫屏蔽；超導(dǎo)縱場(chǎng)通入液氦冷卻到零下269℃，在超導(dǎo)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
1993年國際上12位著名核聚變科學(xué)家組成的國際評(píng)估小組對(duì)HT-7進(jìn)行評(píng)估，稱HT-7是“發(fā)展中國家最先進(jìn)的托卡馬克裝置，并能進(jìn)行準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，使中國核聚變研究接近世界核聚變的前沿”；1994年5月HT-7裝置建成；同年7月在勵(lì)磁控制與保護(hù)系統(tǒng)、電流引線和氦、氮冷卻管路等相關(guān)施工完成后，成功地進(jìn)行了裝置低溫調(diào)試，最大縱場(chǎng)勵(lì)磁電流超過5000A；1994年8月該裝置由中科院正式立項(xiàng)，納入國家大科學(xué)工程管理；1994年12月，在完成了極向場(chǎng)控制系統(tǒng)后又進(jìn)行了首次工程調(diào)試，獲得首次等離子體；HT-7在解決了包括電流引線在內(nèi)的一些關(guān)鍵問題后于1995年春成功地進(jìn)行了工程聯(lián)調(diào)，從此開始了裝置的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。
HT-7的安裝費(fèi)用和配套設(shè)施耗資約兩億，僅花費(fèi)相當(dāng)于情況下正常投資的十分之一，就建成了名列前茅的大型超導(dǎo)脈沖核聚變研究系統(tǒng)，大大提高了我國核聚變研究水平。國家對(duì)HT-7的投入只占其中一小部分，因?yàn)榘惭b人工費(fèi)可以忽律不計(jì)，等離子體所有自己的工廠，機(jī)加工費(fèi)大大節(jié)省，更有霍裕平等與國際同行廣泛聯(lián)系，奮力爭(zhēng)取，得到俄、美、歐盟等機(jī)構(gòu)、專家的大力支持。法國等國的研究所基本無償贈(zèng)送給等離子所大功率脈沖飛輪電機(jī)和低溫制冷設(shè)備等HT-7必須的配套設(shè)施。特別是世界聚變研究最具權(quán)威的俄羅斯庫爾恰托夫研究所所長卡多姆采夫教授，經(jīng)常拖著一條不太方便的腿，在建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)爬上爬下。在HT-7安裝調(diào)試過程中，等離子體所科研人員和技術(shù)人員可以說是夜以繼日的努力工作，由于HT-7當(dāng)時(shí)并沒有被國家立項(xiàng)，等離子所職工的工資都不能正常發(fā)放，當(dāng)時(shí)的困難可想而知。
HT-7裝置自1995年初正式投入物理實(shí)驗(yàn)后，取得大量具有國際影響的重大科研成果。特別是2003年3月31日，實(shí)驗(yàn)取得了重大突破，獲得超過1分鐘的等離子體放電，這是繼法國Tore supra裝置之后第二個(gè)能產(chǎn)生分鐘量級(jí)高溫等離子體放電的托卡馬克裝置。高約束等離子體存在時(shí)間從上輪實(shí)驗(yàn)的54倍能量約束時(shí)間增加為220倍能量約束時(shí)間,超過德國ASDEX裝置2002年剛剛獲得的世界最長的80倍能量約束時(shí)間的記錄，繼續(xù)保持領(lǐng)先地位。2004年放電脈沖長度又突破了百秒關(guān)，達(dá)到240秒。2005年成功獲得等離子體溫度1000萬攝氏度、持續(xù)306秒的穩(wěn)態(tài)等離子體放電。法國的Tore supra曾在2002年取得過等離子體溫度2000萬攝氏度、持續(xù)365秒的穩(wěn)態(tài)等離子體放電。這兩個(gè)裝置是目前世界僅有的可進(jìn)行高參數(shù)穩(wěn)態(tài)條件下等離子體物理研究的公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
等離子體所繼續(xù)改進(jìn)裝置，對(duì)HT-7裝置的高性能水冷第一壁結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)長脈沖精密等離子體位置和密度的反饋控制等技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。2008年3月15日，等離子體所人共同見證了HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置第100000次放電。2008年3月21日凌晨，HT-7超導(dǎo)托卡馬克物理實(shí)驗(yàn)再次創(chuàng)下新紀(jì)錄：連續(xù)重復(fù)實(shí)現(xiàn)了長達(dá)400秒的等離子體放電，電子溫度1200萬度，中心密度0.5×1019/立方米。這是目前國際同類裝置中時(shí)間最長的高等離子體放電。
中國科學(xué)家依托HT－7裝置對(duì)國際聚變研究作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。等離子所同時(shí)是第三世界科學(xué)院等離子體物理研究中心，承擔(dān)為發(fā)展中國家培訓(xùn)科研人員的重任。每年都有亞、非和其他發(fā)展中國家的青年科學(xué)家在此學(xué)習(xí)和參與研究。同時(shí)HT-7實(shí)驗(yàn)組也將自行研制的先進(jìn)診斷設(shè)備、實(shí)驗(yàn)裝置出口到英、日、美等發(fā)達(dá)國家。HT－7建成后不久，該所就將自己研制的裝置HT-6B裝置轉(zhuǎn)讓給了伊朗阿扎德大學(xué)（AZAD）并幫助該國建立了等離子體物理實(shí)驗(yàn)室。HT－6M贈(zèng)送伊朗科研機(jī)構(gòu)。在EAST建成后，印度方面提出希望購買HT-7供他們研究超導(dǎo)技術(shù)。
EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置 在HT-7成功運(yùn)行的基礎(chǔ)上，1998年“九五”國家重大科學(xué)工程--大型非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)HT-7U裝置立項(xiàng)。2000年10月，國家計(jì)委下達(dá)批文，同意由中科院主持，中科院等離子體物理所承擔(dān)國家重大科學(xué)工程項(xiàng)目“HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置” 正式開工建設(shè)。這是一個(gè)耗資巨大的項(xiàng)目，從申請(qǐng)到建成花了3.2億元人民幣，后來又申請(qǐng)了1.95億元做外圍裝備。此外，每年需要大約3600萬元的運(yùn)行費(fèi)，僅每天用于試驗(yàn)的電費(fèi)就需要十幾萬元。
為使國內(nèi)外專家易于發(fā)音、便于記憶同時(shí)又有確切的科學(xué)含義，2003年10月HT-7U裝置正式改名為EAST。EAST是其英文全稱Experimental Advanced Superconducting Tokamak(先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置)的縮寫。這套裝置研制的目標(biāo)是產(chǎn)生100萬安培的等離子體電流；持續(xù)放電時(shí)間達(dá)到1000秒，在高功率加熱下等離子體溫度超過一億度，為最終實(shí)現(xiàn)核聚變點(diǎn)火做好準(zhǔn)備。
國際專家普遍認(rèn)為，EAST將成為世界上第一個(gè)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、具有全超導(dǎo)磁體和主動(dòng)冷卻第一壁結(jié)構(gòu)的托卡馬克。該裝置有真正意義的全超導(dǎo)和非圓截面特性，更有利于科學(xué)家探索等離子體穩(wěn)態(tài)先進(jìn)運(yùn)行模式，其工程建設(shè)和物理研究將為“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆”（ITER）的建設(shè)提供直接經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。
從2000年10月開工建設(shè)后，離子體物理所耗費(fèi)了5年時(shí)間，建造了新的實(shí)驗(yàn)大樓和設(shè)備。整個(gè)核聚變實(shí)驗(yàn)大廳是全封閉式構(gòu)造，四周墻壁的厚度達(dá)到1.5米，屋頂?shù)暮穸葹?米，內(nèi)部全部為鋼筋捆扎，表面用水泥澆筑而成。為防范中子輻射，實(shí)驗(yàn)大樓在頂層和天花板的水泥樓板之間，灌注了1米深的水，用以吸收中子輻射。在大廳的下方，還有4米深的地下室。工程在建設(shè)過程中自主發(fā)展了65項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和新技術(shù)，形成了一系列的技術(shù)生長點(diǎn)，創(chuàng)造了多個(gè)國內(nèi)乃至國際第一。如鎧裝電纜超導(dǎo)導(dǎo)體（CICC）是EAST全超導(dǎo)托卡馬克的最重要的核心部件，為了滿足工程需要，等離子體所自主生產(chǎn)了EAST所需的總長度達(dá)35公里的大電流CICC導(dǎo)體，這不但使得中國的CICC制造技術(shù)處在世界先進(jìn)行列，產(chǎn)量世界第一,同時(shí)創(chuàng)造性發(fā)展了無焊瘤管--管對(duì)接焊技術(shù)、薄壁焊縫超聲波檢測(cè)技術(shù)、長距離穿纜技術(shù)、精密縮徑成型技術(shù)、立式預(yù)彎卷繞技術(shù)等一整套大型超導(dǎo)磁體制造工藝，全面提升了我國大型超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)、制造和綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)試能力。
EAST裝置是由我國自行設(shè)計(jì)研制的世界第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，其真空室的形狀首次從圓形變成了D形，目的是在不增加環(huán)形直徑的前提下增加反應(yīng)體的體積，以提高磁場(chǎng)效率，具有會(huì)改善等離子體約束狀況的大拉長非圓截面的等離子體位形。EAST在超導(dǎo)體系中首次全部采用了液氦無損耗設(shè)計(jì)，由于液氦非常昂貴，只有在線圈材料上下功夫，盡量少用液氦，同時(shí)讓液氦可以循環(huán)使用以降低損耗，這樣的系統(tǒng)才能滿足以后商業(yè)盈利的條件。
EAST裝置還是世界第一個(gè)具有主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克，它的第一壁結(jié)構(gòu)采用主動(dòng)冷卻設(shè)計(jì)，連接到外部的一個(gè)大型冷卻塔，它的冷卻水可以保證在長時(shí)間運(yùn)行后將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶走，維持系統(tǒng)的溫度平衡。這種結(jié)構(gòu)一方面是為真正實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的受控聚變邁出重要一步，另一方面也是工程化的重要標(biāo)志——冷卻塔換成汽輪機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電。這標(biāo)志著我國在全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域走在了世界前列。
受控核聚變的關(guān)鍵技術(shù)中，面臨兩個(gè)重大課題：一是如何讓高溫持續(xù)地產(chǎn)生，二是第一壁材料的問題。核聚變反應(yīng)容器的“第一壁材料” ，需要長時(shí)間面臨上億度高溫的考驗(yàn)。核聚變裝置的真空室相當(dāng)于一個(gè)裝入高溫等離子體的爐子，直接面向高溫等離子體的內(nèi)壁，即第一壁材料結(jié)構(gòu)，不但要帶走大量的熱能，還要經(jīng)受等離子體離子、快原子和其他從等離子體逃逸出的粒子的轟擊，超過14兆電子伏特的能量，強(qiáng)烈地作用于第一壁。此外還要擔(dān)負(fù)起產(chǎn)氚的功能，在投入商業(yè)運(yùn)行后，還要考慮第一壁材料的損耗更換問題，它的成本和壽命直接影響到聚變堆的運(yùn)行費(fèi)用。這是到目前為止，人類研制的工作環(huán)境最嚴(yán)苛的材料。法國正在興建的世界最大的“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆”第一壁材料，由中國研制。
2009年2月初，中國在“第一壁材料”研制中獲得重大突破，北京科技大學(xué)和西北稀有金屬材料研究院，在國際技術(shù)保密的情況下，獨(dú)立研發(fā)出了核聚變反應(yīng)裝置中的關(guān)鍵核心部件——第一壁隔熱屏蔽包層，由10mm厚的鈹、22mm厚的含有不銹鋼冷卻管的銅合金及49mm厚的不銹鋼(SS)組成。屏蔽包層將吸收50萬千瓦熱功率及核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的所有中子。它的主要材料是高純度鈹，之前，提取這種高純度鈹?shù)募夹g(shù)國外對(duì)中國保密，而目前這一技術(shù)被中國科學(xué)家成功突破。高純度鈹是快速中子的重要來源，是設(shè)計(jì)核反應(yīng)堆熱交換器的關(guān)鍵材料。中國這一技術(shù)成果將應(yīng)用到“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆”中。
EAST裝置主機(jī)部分高11米，直徑8米，重400噸，由超高真空室、縱場(chǎng)線圈、極向場(chǎng)線圈、內(nèi)外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統(tǒng)等六大部件組成。其實(shí)驗(yàn)運(yùn)行需要有大規(guī)模低溫氦制冷、大型高功率脈沖電源及其回路、大型超導(dǎo)體測(cè)試、大型計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集處理、兆瓦級(jí)低雜波電流驅(qū)動(dòng)和射頻波加熱、大型超高真空、以及多種先進(jìn)診斷測(cè)量等系統(tǒng)支撐。學(xué)科涉及面廣，技術(shù)難度大，許多關(guān)鍵技術(shù)目前在國際上尚無經(jīng)驗(yàn)借鑒。特別是EAST運(yùn)行需要超大電流、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超高溫、超低溫、超高真空等極限環(huán)境，從芯部上億度高溫到線圈中零下269度低溫，給裝置的設(shè)計(jì)、制造工藝和材料方面提出了超乎尋常的要求。
EAST工程歷經(jīng)5年多的建設(shè)，與2006年初建成，同年9月28日首次投入運(yùn)行。成功獲得了穩(wěn)定、重復(fù)和可控的各種磁位形高溫等離子體。它的建成，使我國成為世界上第4個(gè)擁有全超導(dǎo)裝置的國家，這也是世界上第一個(gè)同時(shí)具有全超導(dǎo)磁體和主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克，從而使我國磁約束核聚變研究進(jìn)入世界前沿，是世界可控核聚變研究的重要里程碑。
目前為止，世界上有4個(gè)國家有各自的大型超脫卡馬克裝置，法國的Tore－Supra，俄羅斯的T-15，日本的JT-60U，和中國的 EAST。除了EAST以外，其他四個(gè)都只能叫“準(zhǔn)超導(dǎo)托卡馬克”，它們的水平線圈是超導(dǎo)材料，而垂直線圈則是常規(guī)材料，因此還是會(huì)受到電阻的困擾。此外他們?nèi)齻€(gè)的線圈截面都是圓形的，而為了增加反應(yīng)體的容積，EAST則第一次嘗試做成了非原型截面。
我國在HT-7主要進(jìn)行穩(wěn)態(tài)高參數(shù)等離子體實(shí)驗(yàn)研究.而在EAST主要開展近堆芯,穩(wěn)態(tài)先進(jìn)等離子體高參數(shù)研究,EAST的設(shè)計(jì)是關(guān)系到未來聚變堆物理基礎(chǔ)的研究。EAST的建成將使中國在人類開發(fā)清潔而又無限的核聚變能的領(lǐng)域內(nèi)做出自己應(yīng)有的重大貢獻(xiàn)。因此具有十分重大的科學(xué)意義。
國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃
國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項(xiàng)目之一。它的建造大約需要10年，耗資50億美元(1998年值)。合作承擔(dān)ITER計(jì)劃的7個(gè)成員是歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國，這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。
1985年，作為結(jié)束冷戰(zhàn)的標(biāo)志性行動(dòng)之一，前蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈?duì)柊蛦谭蚝兔绹偨y(tǒng)里根在日內(nèi)瓦峰會(huì)上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動(dòng)“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)”計(jì)劃。ITER計(jì)劃的目標(biāo)是要建造一個(gè)可自持燃燒(即“點(diǎn)火”)的托克馬克核聚變實(shí)驗(yàn)堆，以便對(duì)未來聚變示范堆及商用聚變堆的物理和工程問題作深入探索。歷經(jīng)20年挫折，最終于2005年6月簽訂協(xié)議，在法國卡達(dá)拉舍開始建設(shè)反應(yīng)堆，總投資50億美元。我國于2003年1月初宣布參加該計(jì)劃，并承擔(dān)9%的建設(shè)費(fèi)用，主要由我國制造所約定的ITER部件折算。我將根據(jù)“采購包”協(xié)議的要求，制造各類部件，運(yùn)往法國卡達(dá)拉舍，安裝到“國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆”上。
國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆與我國的EAST裝置構(gòu)型十分類似，規(guī)模是其5倍。作為聚變能實(shí)驗(yàn)堆，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達(dá)837立方米的“磁籠”中，產(chǎn)生50萬千瓦的聚變功率，持續(xù)時(shí)間達(dá)500秒。50萬千瓦熱功率已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)小型熱電站的水平，這將是人類第一次在地球上獲得持續(xù)的、有大量核聚變反應(yīng)的高溫等離子體，產(chǎn)生接近電站規(guī)模的受控聚變能。ITER計(jì)劃預(yù)計(jì)持續(xù)35年，前10年用于建設(shè)反應(yīng)堆；后20年用于操作實(shí)驗(yàn)；最后5年是將實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)堆活化、拆除。
ITER計(jì)劃雖然采用了最先進(jìn)的設(shè)計(jì)，綜合了以往的經(jīng)驗(yàn)和成果，比如采用全超導(dǎo)技術(shù)，但它的確還面臨重重挑戰(zhàn)。即使它能如期在2013年如期建成，這個(gè)10層樓高的龐大機(jī)器能否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)也還是個(gè)未知數(shù)。諸如探索新的加熱方式與機(jī)制為實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火，改善等離子體的約束性能，反常輸運(yùn)與漲落現(xiàn)象研究等前沿課題，偏濾器的排灰、大破裂的防御、密度極限、長脈沖H-模的維持、中心區(qū)雜質(zhì)積累等工程技術(shù)難關(guān)還有待于各國科技工作者群力攻關(guān)。即使對(duì)ITER的科學(xué)研究真的成功了，聚變發(fā)電站至少還要30～50年以后才能實(shí)現(xiàn)。
國際聚變界普遍認(rèn)為，本世紀(jì)實(shí)現(xiàn)聚變能的應(yīng)用將歷經(jīng)三個(gè)戰(zhàn)略階段，即：一、建設(shè)ITER裝置并在其上開展科學(xué)與工程研究(有50萬千瓦核聚變功率，但不能發(fā)電，也不在包層中生產(chǎn)氚)。二、在ITER計(jì)劃的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)行聚變能示范電站(近百萬千瓦核聚變功率用以發(fā)電，包層中產(chǎn)生的氚與輸入的氘供核聚變反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行)。最后,將在本世紀(jì)中葉(如果不出現(xiàn)意外)建造商用聚變堆。我國將力爭(zhēng)跟上這一進(jìn)程，盡快建造商用聚變堆，使得核聚變能有可能在本世紀(jì)末在我國能源中占有一定的地位。
中國之所以能夠在可控核聚變領(lǐng)域走進(jìn)世界第一集團(tuán)并不是偶然的。自1956年周恩來總理主持制定的12年科學(xué)規(guī)劃以來，我國核聚變研究已經(jīng)進(jìn)行了半個(gè)世紀(jì)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。此外王淦昌院士等這樣一批理論上的大師，有力地推動(dòng)了我國核科學(xué)的發(fā)展。我國還擁有內(nèi)蒙古白云鄂博的稀土資源——這是可控核聚變的重要原材料，它使得我國的超導(dǎo)工藝和激光技術(shù)得到迅速發(fā)展。中國人能夠在這個(gè)關(guān)乎人類未來生存的領(lǐng)域占有一席之地，實(shí)為華夏之大幸。
EAST裝置的真空抽氣系統(tǒng)內(nèi)、外抽氣機(jī)組
EAST裝置的低溫冷卻系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐
EAST裝置
前蘇聯(lián)T-15托卡馬克裝置 日本JT-60U托卡馬克裝置 
