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托卡馬克(Tokamak)核聚變是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控的核聚變。它的名字Tokamak來(lái)源于環(huán)形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、線(xiàn)圈(kotushka)。最初是由位于蘇聯(lián)莫斯科的庫(kù)爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀(jì)50年代發(fā)明的。

托卡馬克核聚變的是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線(xiàn)圈。在通電的時(shí)候托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。

相比其他方式的受控核聚變，托卡馬克擁有不少優(yōu)勢(shì)。1968年8月在蘇聯(lián)新西伯利亞召開(kāi)的第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國(guó)際會(huì)議上，阿齊莫維齊宣布在蘇聯(lián)的T-3托卡馬克上實(shí)現(xiàn)了電子溫度1keV，質(zhì)子溫度0.5keV，nτ=10的18次方m-3.s，這是受控核聚變研究的重大突破，在國(guó)際上掀起了一股托卡馬克核聚變的熱潮，各國(guó)相繼建造或改建了一批大型托卡馬克裝置。其中比較的有：美國(guó)普林斯頓大學(xué)由仿星器-C改建成的STTokamak，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的奧爾馬克(Ormark)，法國(guó)馮克奈-奧-羅茲研究所的TFRTokamak，英國(guó)卡拉姆實(shí)驗(yàn)室的克利奧(Cleo)，西德馬克斯-普朗克研究所的PulsatorTokamak。

占發(fā)電量比重較大的核電站就是在控制之下的裂變能利用。托卡馬克核聚變，通過(guò)約束電磁波驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)造氘、氚實(shí)現(xiàn)聚變的環(huán)境和超高溫，并實(shí)現(xiàn)人類(lèi)對(duì)聚變反應(yīng)的控制。受控?zé)岷司圩冊(cè)诔Ｒ?guī)托卡馬克裝置上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。但常規(guī)托卡馬克裝置體積龐大、效率低，突破難度大。上世紀(jì)末，科學(xué)家們把新興的超導(dǎo)技術(shù)用于托卡馬克核聚變，使基礎(chǔ)理論研究和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)得到很大提高。

能源是社會(huì)發(fā)展的基石。以煤炭、石油、天然氣等化石能源替代柴薪的次能源革命帶來(lái)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。然而這些寶貴的資源就這樣被燃燒掉，同時(shí)造成了嚴(yán)重的污染。據(jù)估 計(jì)，一百年后地球上的化石能源將會(huì)面臨枯竭。面對(duì)著即將來(lái)臨的能源危機(jī)，人類(lèi)有了一個(gè)共同的夢(mèng)想—尋求一種無(wú)限而清潔的能源來(lái)實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的持續(xù)發(fā)展。

托卡馬克核聚變研究舉步維艱，根本原因是輕元素原子核的聚合遠(yuǎn)比重元素原子核的分裂困難。原子核之間的吸引力是很大的，但原子核都帶正電，又互相排斥，只有當(dāng)兩個(gè)原子核之間的距離非常接近，大約相距只有萬(wàn)億分之三毫米時(shí)，它們的吸引力才大于靜電斥力，兩個(gè)原子核才可能聚合到一起同時(shí)放出巨大的能量。因此，首先必須使聚變物質(zhì)處于等離子狀態(tài)，讓它們的原子核裸露出來(lái)。然而，兩個(gè)帶正電的原子核越互相接近，它們之間的靜電斥力也越大。只有當(dāng)帶正電的原子核達(dá)到足夠高的動(dòng)能時(shí)，這需要幾千萬(wàn)甚至幾億攝氏度的高溫，它們的碰撞才有機(jī)會(huì)使它們非常接近，以致產(chǎn)生聚合。

1933年，人們用加速器使原子核獲得所需的動(dòng)能，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了核聚變。可是從這樣的核聚變中得到的能量比加速器消耗的能量要小得多，根本無(wú)法獲得增益的能量。1952年，美國(guó)用爆炸的方法產(chǎn)生高溫，次實(shí)現(xiàn)了大量氘、氚材料的核聚變。但這種方法的效果是，在極短時(shí)間內(nèi)使核聚變釋放出巨大能量，產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，即爆炸。人類(lèi)要和平利用核聚變，必須是可以控制的聚變過(guò)程。核聚變反應(yīng)比較切實(shí)可行的控制辦法是，通過(guò)控制核聚變?nèi)剂系募尤胨俣燃懊恳淮蔚募尤肓浚购司圩兎磻?yīng)按一定的規(guī)模連續(xù)或有節(jié)奏地進(jìn)行。因此，核聚變裝置中的氣體密度要很低，只能相當(dāng)于常溫常壓下氣體密度的幾萬(wàn)分之一。另外，對(duì)能量的約束要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間。

二戰(zhàn)末期，前蘇聯(lián)和美、英各國(guó)曾出于軍事上的考慮，一直在互相保密的情況下開(kāi)展對(duì)核聚變的研究。幾千萬(wàn)、幾億攝氏度高溫的聚變物質(zhì)裝在什么容器里一直是困擾人們的難題。

1954年，個(gè)托卡馬克裝置在原蘇聯(lián)庫(kù)爾恰托夫原子能研究所建成。當(dāng)人們提出這種磁約束的概念后，磁約束核聚變研究在一些方面的進(jìn)展順利，又迅速試驗(yàn)成功，這曾使不少?lài)?guó)家的核科學(xué)家一度對(duì)受控核聚變抱有過(guò)分樂(lè)觀的態(tài)度。但人們很快發(fā)現(xiàn)，約束等離子體的磁場(chǎng)，雖然不怕高溫，卻很不穩(wěn)定。另外，等離子體在加熱過(guò)程中能量也不斷損失。經(jīng)過(guò)了二十多年的努力，遠(yuǎn)未達(dá)到當(dāng)初的樂(lè)觀期望，理論上估計(jì)的等離子體約束時(shí)間與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到核聚變問(wèn)題的復(fù)雜和研究的艱難。在這種情況下，蘇、美等國(guó)感到保密不利于研究的進(jìn)展，只有開(kāi)展國(guó)際學(xué)術(shù)交流，才能推進(jìn)核聚變的深入研究。另外，磁約束核聚變與熱 器在科學(xué)技術(shù)上沒(méi)有重大的重疊，而且其商業(yè)應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)為時(shí)尚早。于是，1958年秋在日內(nèi)瓦舉行的第二屆和平利用原子能?chē)?guó)際會(huì)議上達(dá)成協(xié)議，各國(guó)互相公開(kāi)研究計(jì)劃，并在會(huì)上展示了各種核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。自這次會(huì)議后，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向高溫等離子體的基礎(chǔ)問(wèn)題，從二十世紀(jì)六十年代中到七十年代，各國(guó)先后建成了很多實(shí)驗(yàn)裝置，核聚變研究進(jìn)入了一個(gè)新的高潮期，人們逐漸了解影響磁約束及造成能量損失的各種機(jī)理，摸索出克服這種不穩(wěn)定性及能量損失的對(duì)策。隨著核聚變研究的進(jìn)展，人們對(duì)受控核聚變?cè)絹?lái)越有信心。

核能是能源家族的新成員，包括裂變能和聚變能兩種主要形式。裂變能 是重金屬元素的核子通過(guò)裂變而釋放的巨大能量。受控核裂變技術(shù)的發(fā)展已使裂變能的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了商用化，如核 (裂變)電站。裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規(guī)裂變反應(yīng)堆會(huì)產(chǎn)生放射性較強(qiáng)的核廢料，這些因素限制了裂變能的發(fā)展。聚變能是兩個(gè)較輕的原子核聚合為一個(gè)較重的原子核并釋放出的能量。開(kāi)展的受控核聚變研究正是致力于實(shí)現(xiàn)聚變能的和平利用。其實(shí)，人類(lèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了氘氚核聚變--爆炸，但那是不可控制的瞬間能量釋放，人類(lèi)更需要受控核聚變。維系聚變的燃料是氫的同位素氘和氚，氘在地球的海水中有極其豐富的蘊(yùn)藏量。經(jīng)測(cè)算，1升海水所含氘產(chǎn)生的聚變能等同于300升汽油所釋放的能量。海水中氘的儲(chǔ)量可使人類(lèi)使用幾十億年。特別的，聚變產(chǎn)生的廢料為氦氣，是清潔和安全的。因此，聚變能是一種無(wú)限的、清潔的、安全的新能源。這就是世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家不遺余力競(jìng)相研究、開(kāi)發(fā)聚變能的根本原因。

受控?zé)岷司圩兡艿难芯恐饕袃煞N--慣性約束核聚變和磁約束核聚變。前者利用超高強(qiáng)度的激光在極短的時(shí)間內(nèi)輻照氘氚靶來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變，后者則利用強(qiáng)磁場(chǎng)可很好地約束帶電粒子的特性，將氘氚氣體約束在一個(gè)特殊的磁容器中并加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。

托卡馬克(Tokamak)是前蘇聯(lián)科學(xué)家于20世紀(jì)50年代發(fā)明的環(huán)形磁約束受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，在托卡馬克上產(chǎn)生聚變能的科學(xué)可行性已被證實(shí)，但相關(guān)結(jié)果都是以短脈沖形式產(chǎn)生的，與實(shí)際反應(yīng)堆的連續(xù)運(yùn)行有較大距離。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(xiàn)圈上，是受控?zé)岷司圩兡苎芯康囊粋€(gè)重大突破。

超導(dǎo)不可能束縛高速帶電粒子。假設(shè)兩個(gè)距離很近的質(zhì)子，往不同方向飛出，要同時(shí)束縛這兩個(gè)質(zhì)子，超導(dǎo)產(chǎn)生的磁場(chǎng)必須在很小的空間內(nèi)有一個(gè)180度的方向改變。即便是超導(dǎo)體內(nèi)的電子是懸浮的，也不可能實(shí)現(xiàn)這種磁場(chǎng)。磁場(chǎng)如果距離超導(dǎo)有一定的距離，不但難以在空間上發(fā)生突變，在時(shí)間上也難靈活改變。如果一個(gè)質(zhì)子要飛出反應(yīng)釜，磁場(chǎng)必須約束質(zhì)子，可是質(zhì)子一但改了方向，磁場(chǎng)要約束質(zhì)子，也必須改方向。通俗地說(shuō)，一個(gè)質(zhì)子溜著超導(dǎo)體內(nèi)的全部電子玩。電子本身是有質(zhì)量的。電子要形成一個(gè)靈活的磁場(chǎng)，電子速度（速率和方向）就要不停的變。最后的結(jié)果就是超導(dǎo)體溫度迅速增加，超導(dǎo)效果消失，質(zhì)子飛出反應(yīng)釜。

“超導(dǎo)托卡馬克核聚變”實(shí)驗(yàn)包括一個(gè)具有非圓小截面的大型超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置和低溫、真空、水冷、電源及控制、數(shù)據(jù)采集和處理、波加熱、波驅(qū)動(dòng)電流、診斷等子系統(tǒng)。其中超 導(dǎo)托卡馬克裝置是本項(xiàng)目的核心。而超導(dǎo)托卡馬克裝置又包括超導(dǎo)縱場(chǎng)與極向場(chǎng)磁體系統(tǒng)、真空室、冷屏、外真空杜瓦及面對(duì)等離子體部件等部件。承擔(dān)各部件設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員，在充分集思廣益、充分發(fā)揮創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)上,借鑒國(guó)際上同類(lèi)裝置的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)一絲不茍的努力工作，各項(xiàng)工作的進(jìn)展呈良性循環(huán)---設(shè)計(jì)推動(dòng)了預(yù)研工作的進(jìn)行，預(yù)研工作的結(jié)果又使設(shè)計(jì)得到進(jìn)一步優(yōu)化。

超導(dǎo)縱場(chǎng)與極向場(chǎng)磁系統(tǒng)是HT-7U超導(dǎo)托卡馬克的關(guān)鍵部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難點(diǎn)多、難度大、涉及的不確定因素多。科研人員經(jīng)過(guò)一輪又一輪的設(shè)計(jì)、計(jì)算和分析，對(duì)多種方案進(jìn)行比較、優(yōu)化，超導(dǎo)導(dǎo)體的設(shè)計(jì)已進(jìn)入最后的實(shí)驗(yàn)選型階段；線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)已完成試驗(yàn)線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)與繞制及原型線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)；低溫下高強(qiáng)度線(xiàn)圈盒的設(shè)計(jì)已完成各種可能工況下的力學(xué)分析與計(jì)算、傳熱分析與計(jì)算、電磁分析計(jì)算以及線(xiàn)圈盒焊接時(shí)的溫升對(duì)超導(dǎo)線(xiàn)圈性能影響的試驗(yàn)等工作；低溫冷卻回路的設(shè)計(jì)已完成熱的分析與計(jì)算及冷卻參數(shù)的優(yōu)化；超導(dǎo)導(dǎo)體接頭已完成多種方案的設(shè)計(jì)、研制與試驗(yàn)，并確定了最終的結(jié)構(gòu)形式；超低溫絕緣子的研究已完成最終的設(shè)計(jì)與試制，進(jìn)入批量制造階段；超導(dǎo)線(xiàn)圈的真空壓力浸漬的工藝研究在國(guó)內(nèi)電絕緣的歸口單位---桂林電科所及中科院北京低溫中心的密切配合下已完成超低溫絕緣膠的配方的研究，正在完成超低溫絕緣膠真空壓力浸漬的最終工藝試驗(yàn)。超導(dǎo)極向場(chǎng)的線(xiàn)圈位置優(yōu)化和電流波形優(yōu)化，使之既能滿(mǎn)足雙零和單零的偏濾器位形的要求，又能滿(mǎn)足限制器位形的要求，這項(xiàng)工作經(jīng)過(guò)反復(fù)的平衡計(jì)算與調(diào)試、比較，已經(jīng)滿(mǎn)足物理的要求，工程上線(xiàn)圈在裝置上的位置以及線(xiàn)圈的截面形狀均已確定。

真空室是直接盛裝等離子體的容器，除了要為等離子體提供一個(gè)超高真空環(huán)境，要滿(mǎn)足裝置穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)等離子體對(duì)電磁的要求以及為診斷等離子體的特性、等離子體加熱、真空抽氣、水冷及加料對(duì)窗口的要求、中子屏蔽的要求、還要滿(mǎn)足面對(duì)等離子體部件定位和準(zhǔn)直的要求。HT-7U真空室是雙層全焊接結(jié)構(gòu)，由于真空室離等離子體近，等離子體與真空室之間的電磁作用最直接，真空室上所受的電磁力，同時(shí)真空室要烘烤到250°C，因溫度變化所產(chǎn)生的熱變形大。設(shè)計(jì)人員考慮到以上這些因素，對(duì)真空室進(jìn)行了所有可能工況下的多輪受力分析、電磁分析和傳熱計(jì)算，針對(duì)每一輪的計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。已完成一輪滿(mǎn)足各項(xiàng)要求的結(jié)構(gòu)在各種工況下的靜應(yīng)力分析、模態(tài)分析、頻率響應(yīng)分析和地震響應(yīng)分析，為設(shè)計(jì)的可靠性提供了充分的依據(jù)。真空室試驗(yàn)原型段的施工設(shè)計(jì)正在進(jìn)行之中，真空室滿(mǎn)足熱脹冷縮要求的特殊支撐結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)平臺(tái)正在制造過(guò)程中，真空室窗口所使用的各種異型波紋管的研制也在緊張的進(jìn)行。

HT-7U的內(nèi)外冷屏是超導(dǎo)磁體的熱屏障，對(duì)維持超導(dǎo)磁體的正常運(yùn)行發(fā)揮作重要作用。該部件的電磁分析、受力分析和傳熱分析的工作都已完成，對(duì)傳熱計(jì)算產(chǎn)生重要影響的表面輻射系數(shù)的測(cè)量已完成，該部件已進(jìn)入工程設(shè)計(jì)的最后階段，即將轉(zhuǎn)入施工設(shè)計(jì)。外真空杜瓦是維持其內(nèi)部的所有部件都處在基本無(wú)對(duì)流傳熱的真空環(huán)境中，因而是超導(dǎo)磁體與冷屏維持超低溫的保證，同時(shí)也是其內(nèi)部所有部件支撐的基礎(chǔ)。該部件的力學(xué)分析和電磁分析已結(jié)束，施工設(shè)計(jì)已正式展開(kāi)。

面對(duì)等離子體部件直接朝向等離子體，其表面性質(zhì)直接影響等離子體雜質(zhì)的返流和氣體再循環(huán)，等離子體的能量依靠面對(duì)等離子體部件的冷卻系統(tǒng)輸運(yùn)到托卡馬克外。面對(duì)等離子體部件相對(duì)等離子體的位置的優(yōu)化正與德國(guó)馬普等離子體所合作，利用他們的程序進(jìn)行計(jì)算，已得出初步結(jié)果；直接面對(duì)等離子體的石墨材料正與山西煤化所合作研究，開(kāi)發(fā)參雜石墨與石墨表面的低濺射涂層，用于石墨材料各項(xiàng)性能試驗(yàn)的大功率電子槍和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正在裝修一新的實(shí)驗(yàn)室中調(diào)試；用于試驗(yàn)水冷結(jié)構(gòu)和石墨性能的面對(duì)等離子體部件的試驗(yàn)件已組裝到HT-7超導(dǎo)托卡馬克的真空室中，在即將進(jìn)行的一輪試驗(yàn)中進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試。

裝置技術(shù)診斷包括溫度測(cè)量、應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、失超保護(hù)和短路檢測(cè)等部分。溫度測(cè)量從4.5k的液氦溫度到350°C面對(duì)等離子體部件的烘烤溫度，要測(cè)的溫度范圍大，且要使用不同的方法。特別是超低溫下的溫度測(cè)量，其溫度計(jì)的標(biāo)定費(fèi)用高，科研人員積極發(fā)揮創(chuàng)新的能力，自己開(kāi)發(fā)了一套溫度標(biāo)定系統(tǒng)，且在該系統(tǒng)上進(jìn)行了HT-7U所有低溫溫度計(jì)的標(biāo)定。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量、短路檢測(cè)和失超保護(hù)的探測(cè)及放大電路已設(shè)計(jì)并調(diào)試完畢，數(shù)據(jù)采集和處理的專(zhuān)用程序也已進(jìn)入調(diào)試階段。

低溫系統(tǒng)是超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的關(guān)鍵外圍設(shè)備之一。它必須保障裝置的超導(dǎo)縱場(chǎng)磁體和極向場(chǎng)磁體順利地從室溫降溫至3.8-4.6K,并能長(zhǎng)達(dá)數(shù)月保冷，維持超導(dǎo)縱場(chǎng)磁體正常勵(lì)磁和極向場(chǎng)磁體快脈沖變化的所需的致冷量。HT-7U超導(dǎo)托卡馬克裝置的低溫系統(tǒng)的2KW/4.4K工程設(shè)計(jì)已全面展開(kāi)，部分外購(gòu)設(shè)備已到貨且已安裝到位。新增兩只100m3的中壓儲(chǔ)氣罐已安裝就序，新增100m3的低壓氣柜也一穩(wěn)穩(wěn)地安放在低溫車(chē)間的一角，新建壓機(jī)站的五臺(tái)嶄新的螺桿壓機(jī)被整齊地安裝在低溫車(chē)間中間，一臺(tái)氦氣干燥器、一臺(tái)吸附器和兩臺(tái)濾油器已安裝完畢。原俄羅斯贈(zèng)送的OPG100/500二號(hào)制冷機(jī)的改造工作已經(jīng)結(jié)束，德國(guó)FZK贈(zèng)送的300W/1.8K制冷機(jī)的恢復(fù)施工即將開(kāi)展。螺桿壓機(jī)站的電控部分和氣、水、油管線(xiàn)的施工正在緊張地進(jìn)行。

擔(dān)負(fù)著向托卡馬克提供不同規(guī)格的高功率電源，實(shí)現(xiàn)能量傳輸、功率轉(zhuǎn)換、運(yùn)行控制等重要任務(wù)。為等離子體的產(chǎn)生、約束、維持、加熱，以及等離子體電流、位置、形狀、分布和破裂的控制提供必要的工程基礎(chǔ)和控制手段。HT-7U縱場(chǎng)電源與極向場(chǎng)電源已完成了系統(tǒng)的分析、計(jì)算和方案的比較、優(yōu)化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，科研人員本著保證性能、節(jié)約經(jīng)費(fèi)的原則，不僅在設(shè)計(jì)方案上結(jié)合本所的具體情況作多種設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，而且充分利用本所的技術(shù)儲(chǔ)備，積極發(fā)揮創(chuàng)新的能力，自行開(kāi)發(fā)重要設(shè)備。極向場(chǎng)電源的關(guān)鍵設(shè)備，大容量晶閘管、直流高壓開(kāi)關(guān)和爆炸開(kāi)關(guān)等只能以很高的價(jià)格進(jìn)口，經(jīng)我所科研人員的努力已完成單元技術(shù)試驗(yàn)，正在進(jìn)行樣機(jī)的試制。

為等離子體的穩(wěn)定運(yùn)行提供清潔的超高真空環(huán)境，為超導(dǎo)磁體正常運(yùn)行提供真空絕熱條件；充氣系統(tǒng)則為真空室的壁處理和等離子體放電提供工作氣體。真空抽氣系統(tǒng)完成了總體布局設(shè)計(jì)，抽速和抽氣時(shí)間計(jì)算;主泵、主閥、測(cè)量系統(tǒng)的選擇和配備;完成抽氣系統(tǒng)主泵和予抽泵16臺(tái)合計(jì)58萬(wàn)元訂貨。真空抽充氣系統(tǒng)的保護(hù)和控制已完成最終方案的設(shè)計(jì)。

不斷地給等離子體補(bǔ)充能量，是保證托卡馬克實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的重要手段，而離子回旋共振加熱則是另一重要手段。HT-7U3.5兆瓦的低雜波系統(tǒng)已完成技術(shù)方案的設(shè)計(jì)，完成了波功率和相位監(jiān)控、波系統(tǒng)的保護(hù)及波源的低壓電源的方案設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備先期建設(shè)的1MW波系統(tǒng)的高壓電源及波系統(tǒng)天線(xiàn)的試驗(yàn)件正在制造過(guò)程中。離子回旋共振加熱已完成波系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，確定了4MW/30-110Mhz的波系統(tǒng)方案；完成了波源設(shè)計(jì)，并正在建造一臺(tái)1MW，脈沖可達(dá)1000秒的射頻波源，預(yù)計(jì)2001年中建成并調(diào)試；已完成天線(xiàn)的調(diào)配系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并正進(jìn)行加工前的臺(tái)面試驗(yàn)。

是對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制與保護(hù)的分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。總控系統(tǒng)的安全巡檢系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、脈沖充氣系統(tǒng)均已完成程序的設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行調(diào)試和預(yù)演；定時(shí)系統(tǒng)正在與國(guó)內(nèi)相關(guān)單位合作研制，局域控制網(wǎng)正處于實(shí)施階段。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的VAX-CAMAC采集系統(tǒng)、PC-CA MAC采集系統(tǒng)、PC采集系統(tǒng)、VXI采集系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)均已完成程序設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行診斷測(cè)量系統(tǒng)是一雙雙監(jiān)視等離子體的眼睛，給出等離子體在不同的時(shí)間和空間的品質(zhì)特性。除了HT-7上準(zhǔn)備移到HT-7U上的診斷測(cè)量設(shè)備外，作為托卡馬克上的最重要的測(cè)量系統(tǒng)之一的電磁測(cè)量系統(tǒng)正在進(jìn)行物理上的計(jì)算和磁探針、單匝環(huán)、Rogowski線(xiàn)圈、逆磁線(xiàn)圈、鞍形線(xiàn)圈等測(cè)量線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)，由美國(guó)德克薩斯大學(xué)贈(zèng)送的新型CO2激光器正在調(diào)試，它將用在HT-7U的遠(yuǎn)紅外診斷上，其他診斷系統(tǒng)也在進(jìn)行物理上的準(zhǔn)備或設(shè)備上的準(zhǔn)備。

中國(guó)在1956年制定的“十二年科學(xué)規(guī)劃”中決定開(kāi)展核聚變研究，經(jīng)過(guò)不懈努力，到二十世紀(jì)八十年代，建成了中國(guó)環(huán)流器一號(hào)HL－1以及HT－6B、HT－6M等一批有影響的聚變研究 實(shí)驗(yàn)裝置。

等離子體物理研究所成立于1978年9月，主要從事高溫等離子體物理和受控?zé)岷司圩兗捌湎嚓P(guān)高技術(shù)研究，以探索、開(kāi)發(fā)、解決人類(lèi)無(wú)限而清潔的新能源為最終目的。它是重要的核聚變研究基地之一，是世界實(shí)驗(yàn)室在中國(guó)設(shè)立的核聚變研究中心，也是國(guó)際受控?zé)岷司圩冇?jì)劃ITER中國(guó)工作組最重要的單位之一。

等離子體所先后建造了中小型托卡馬克HT-6B和HT-6M，以及超導(dǎo)托卡馬克核聚變HT-7和全超導(dǎo)托卡馬克核聚變EAST。尚在運(yùn)行的HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置是一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克，其實(shí)驗(yàn)研究取得了多項(xiàng)重大成果，是繼法國(guó)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11米，直徑8米，重400噸，由超高真空室、縱場(chǎng)線(xiàn)圈、極向場(chǎng)線(xiàn)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*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)在國(guó)際上尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)借鑒。特別是EAST運(yùn)行需要超大電流、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(xiàn)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，其難度可見(jiàn)一斑。

等離子體所發(fā)展了一系列，一些技術(shù)，并有著廣泛的應(yīng)用前景，如大型超導(dǎo)磁體、超高真空、偏濾器、超導(dǎo)導(dǎo)體生產(chǎn)等技術(shù)。還有一些 的技術(shù)得到國(guó)際同行專(zhuān)家的贊賞和借鑒 ，如將高溫超導(dǎo)接頭技術(shù)運(yùn)用到托卡馬克，并取得相當(dāng)好的效果，極大地提高裝置效率，該項(xiàng)技術(shù)已被國(guó)際ITER項(xiàng)目借鑒。

為世界近堆芯聚變物理和工程研究搭建起了一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為我國(guó)磁約束核聚變研究的進(jìn)一步發(fā)展，提升中國(guó)磁約束聚變物理、工程、技術(shù)水平和培養(yǎng)高水平人才奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。EAST是世界上投入運(yùn)行的全超導(dǎo)磁體的托卡馬克裝置，將為國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）的建設(shè)及聚變能的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

2006年9月28日，中國(guó)耗時(shí)8年、耗資2億元人民幣自主設(shè)計(jì)、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST成功完成放電實(shí)驗(yàn)，獲得電流200千安、時(shí)間接近3秒的高溫等離子體放電。EAST成為一個(gè)建成 并真正運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。核反應(yīng)釋放的能量相當(dāng)于相同質(zhì)量的物質(zhì)釋放的化學(xué)能的數(shù)十萬(wàn)倍至百萬(wàn)倍。核反應(yīng)有核裂變、核聚變兩種形式。一個(gè)重核在中子的轟擊下分裂成高能碎片的反應(yīng)叫做核裂變，主要反應(yīng)物是稀少的放射性元素鈾、钚等，如爆炸；兩個(gè)輕核發(fā)生碰撞結(jié)合成重核的反應(yīng)叫做核聚變，主要反應(yīng)物為氫的同位素氘和氚，如爆炸、太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱等。

2016年1月28日凌晨零點(diǎn)26分，合肥物質(zhì)科學(xué)研究院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST成功實(shí)現(xiàn)了電子溫度超過(guò)5千萬(wàn)度、持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電，這是國(guó)際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置上電子溫度達(dá)到5000萬(wàn)度持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的等離子體放電。該成果在未來(lái)聚變堆研究中具有里程碑意義，標(biāo)志著我國(guó)在穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究方面繼續(xù)走在國(guó)際前列。EAST已成為國(guó)際上穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究的重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其研究成果將為未來(lái)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束放電提供科學(xué)和工程實(shí)驗(yàn)支持，并將繼續(xù)為我國(guó)下一代聚變裝置—中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆前期預(yù)研奠定重要的科學(xué)基礎(chǔ)。^[1]

2016年10月18日，據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院網(wǎng)站消息，該校科學(xué)家在阿爾卡特C-Mod (Alcator C-Mod) 托卡馬克聚變反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造出新的世界紀(jì)錄，等離子體壓強(qiáng)超過(guò)了兩個(gè)大氣壓。鑒于高壓等離子體是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵因素，這意味著人類(lèi)距獲得“取之不盡用之不竭”的清潔能源又近一步。在麻省理工學(xué)院服役23年的阿爾卡特C-Mod實(shí)驗(yàn)裝置曾在2005年制造了1.77個(gè)大氣壓的世界紀(jì)錄。^[2] 此次，該裝置的等離子體壓強(qiáng)達(dá)到2.05個(gè)大氣壓的新的世界紀(jì)錄，其中等離子體每秒發(fā)生300萬(wàn)億次聚變反應(yīng)。新紀(jì)錄在該裝置以往成績(jī)的基礎(chǔ)上提高了15%，對(duì)應(yīng)的溫度達(dá)到3500萬(wàn)攝氏度，約是太陽(yáng)核心溫度的兩倍。^[2-3]

2016年11月2日消息，合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所承擔(dān)的國(guó)家大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置EAST在第11輪物理實(shí)驗(yàn)中再獲重大突破，獲得超過(guò)60秒的穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體放電。EAST因此成為世界實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到分鐘量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。^[4]

2021年5月28日凌晨，合肥物質(zhì)科學(xué)研究院全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST（東方超環(huán)）控制大廳傳來(lái)捷報(bào)，正在開(kāi)展的第16輪EAST裝置物理實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億度101秒等離子體運(yùn)行和1.6億度20秒等離子體運(yùn)行，再次創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。^[5]