為了滿足21世紀快速增長的清潔能源需求，我國迫切需要開發(fā)可持續(xù)的新型能源。世界上近80%的能源仍然是由燃燒化石燃料產(chǎn)生的，這不僅導(dǎo)致了污染，還引起了氣候變化。為了實現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展，有必要在未來幾十年內(nèi)大規(guī)模開發(fā)不產(chǎn)生二氧化碳（CO2）的新能源。
核聚變能源可以解決傳統(tǒng)能源使用帶來的能源短缺和環(huán)境污染等問題，同時核聚變已被證明是一種安全、取之不盡、環(huán)保的能源來源，因此核聚變能源是一種很有潛力的清潔能源候選者。在核聚變研究的60年歷史中，在托卡馬克裝置上獲得了巨大的進展。歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）托卡馬克產(chǎn)生了超過16 MW的功率；日本的JT-60U托卡馬克實現(xiàn)了輸出輸入比值Q > 1，同時聚變?nèi)朔e接近于點火條件，證明了通過托卡馬克實現(xiàn)聚變能輸出的科學(xué)可行性。
為了達到有效的聚變反應(yīng)速率，等離子體溫度必須達到一億攝氏度。在托卡馬克中熱等離子體被強磁場約束，為了實現(xiàn)真正的穩(wěn)態(tài)約束，超導(dǎo)磁體是驗證托卡馬克聚變能應(yīng)用的工程可行性的最有效方法。全超導(dǎo)托卡馬克的設(shè)計、建造和成功運行是20世紀以來最具挑戰(zhàn)性的工程任務(wù)之一。這樣的全超導(dǎo)托卡馬克是未來托卡馬克聚變反應(yīng)堆發(fā)展所迫切需要的。先進超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST）由中國科學(xué)院等離子體物理研究所（以下簡稱等離子體所）于1996年提出，并于1998年被批準為國家重大科技工程項目。EAST的建設(shè)始于2000年10月，于2006年年初完成，2006年10月在EAST獲得了第一個等離子體。本文介紹了EAST的開發(fā)過程和關(guān)鍵技術(shù)。
國家大科學(xué)工程項目“EAST超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置”，即東方超環(huán)（EAST），是世界上第一個全超導(dǎo)托卡馬克。第一期于1997年由中央科技領(lǐng)導(dǎo)小組批準，1998年國家計劃委員會正式立項，項目總經(jīng)費為1.65億元人民幣。先后近40個單位數(shù)百人直接參加設(shè)計、預(yù)研和建設(shè)，2007年3月通過國家驗收，完成了國家發(fā)展和改革委員會批復(fù)文件規(guī)定的各項研制任務(wù)，裝置主機及其各子系統(tǒng)均達到或超過設(shè)計指標，成為世界上成功運行的第一個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置。
EAST項目的任務(wù)是研制先進的全超導(dǎo)托卡馬克，為未來托卡馬克聚變裝置的連續(xù)運行奠定堅實的科技基礎(chǔ)。EAST的科學(xué)目標是：①演示超過1000 s的長脈沖偏濾器運行；②實現(xiàn)數(shù)百秒的高約束模式（H模）運行；③為未來聚變裝置的關(guān)鍵科學(xué)和工程問題提供參考。
EAST的大半徑（R）為1.8 ~ 1.9 m，小半徑（a）為0.4 ~ 0.45 m，目前可實現(xiàn)的環(huán)向場（TF）和最大等離子體電流分別為Bt = 3.5 T和Ip = 1 MA。EAST具有靈活的極向場（PF）控制系統(tǒng)，可在下單零、雙零和上單零位形下運行?；诔晒Φ脑O(shè)計和建造及其獨有的特點，EAST（圖1）在過去的20年內(nèi)取得了豐富的科學(xué)進步和技術(shù)發(fā)展。
圖1 EAST超導(dǎo)托卡馬克。
為了實現(xiàn)高性能等離子體放電，需要超導(dǎo)磁體為托卡馬克裝置提供很強的電磁場。然而，第一次嘗試使用超導(dǎo)磁體技術(shù)的時候由于有非常高的電流爬升速率，影響了超導(dǎo)磁體的安全工作。后來通過超導(dǎo)磁體有效控制等離子體參數(shù)，采用先進的等離子體位形以及靈活的實時反饋控制來優(yōu)化等離子體性能，從而解決了這一問題。該方案對于接近超導(dǎo)磁體極限工作條件下的托卡馬克運行具有重要意義。
二期工程“EAST輔助加熱項目”于2008年7月，由國家發(fā)展和改革委員會正式批準立項，項目建設(shè)目標是在已建成的EAST主機的基礎(chǔ)上，研制成功4 MW/4.6 GHz低雜波電流驅(qū)動系統(tǒng)和50~80 keV的4 MW中性束注入加熱系統(tǒng)，并結(jié)合其他資源，使等離子體物理參數(shù)達到放電約束時間100 s、等離子體溫度5000萬攝氏度，綜合穩(wěn)態(tài)等離子體參數(shù)達到國際先進水平。2015年11月14日，項目順利通國家驗收。
先進的輔助加熱系統(tǒng)能有效地加熱等離子體和控制等離子體性能。EAST是唯一個有四種不同的主要加熱和電流驅(qū)動系統(tǒng)的裝置，可提供兆瓦級功率的連續(xù)加熱。連續(xù)波輔助加熱系統(tǒng)技術(shù)的成功開發(fā)標志著脈沖工作模式向穩(wěn)態(tài)運行模式的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變，這將是未來反應(yīng)堆所采用的運行模式。
等離子體-壁相互作用的主動控制、壁的實時處理以及穩(wěn)態(tài)條件下的熱流和粒子流排出是未來聚變反應(yīng)堆的關(guān)鍵問題。EAST開發(fā)了第一個主動冷卻的偏濾器系統(tǒng)，它和內(nèi)置的低溫泵以及實時等離子體-壁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，組成了一個在非常高的熱流和粒子流下控制等離子體-壁相互作用的實驗平臺。
通過集成這些新開發(fā)的技術(shù)，EAST已經(jīng)成功地將其H模運行擴展到高性能穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間。除此之外，非感應(yīng)電流驅(qū)動、電流剖面控制、等離子體位形控制，以及熱和粒子通量的有效排出等技術(shù)的發(fā)展對于下一代穩(wěn)態(tài)托卡馬克裝置也是必不可少的，它們共同將當前的研究帶到了一個高水平。
在過去的20年里，EAST項目為全球核聚變研究和發(fā)展計劃做出了重大貢獻。未來EAST還將繼續(xù)探索高參數(shù)長脈沖穩(wěn)態(tài)運行模式，發(fā)揮連接現(xiàn)有脈沖放電裝置和未來裝置穩(wěn)態(tài)放電裝置ITER的橋梁作用。這里ITER（拉丁語，意為“the way”）是指全球在建的最大的托卡馬克，目前由35個國家和地區(qū)共同合作建設(shè)，包括中國、美國、歐盟（EU）和日本。EAST不僅讓聚變界，還讓科學(xué)界相信托卡馬克反應(yīng)堆在不久的將來可以連續(xù)地運行。
三、EAST開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)
EAST裝置開發(fā)了許多重要的技術(shù)，其中三種關(guān)鍵技術(shù)為：超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、加熱和電流驅(qū)動系統(tǒng)（heating and current drive, H&CD）、主動冷卻偏濾器。這些技術(shù)都在EAST項目中發(fā)揮著重要作用。
（一）超導(dǎo)磁體
EAST是第一個在所有磁體上都使用超導(dǎo)材料的全超導(dǎo)托卡馬克，包括提供縱場（toroidal field, TF）的線圈和用于等離子體控制（poloidal field, PF）的線圈。EAST超導(dǎo)磁體系統(tǒng)由16個TF線圈、6個PF線圈和6個中央螺線管（central soliloid, CS）線圈組成。EAST所有磁體都選用了鈮鈦合金（NbTi）作為超導(dǎo)材料。所有線圈均采用了導(dǎo)管內(nèi)電纜（CICC）技術(shù)，以提供非常高的工作電流和足夠的抗交流損耗能力。
TF磁體的主要挑戰(zhàn)是精確的線圈繞組、3 nΩ的低阻導(dǎo)體接頭、高達10 kV的高絕緣以及失超保護。TF磁體由16個D形線圈組成，每個線圈的重量約為16 t，如圖2（a）所示。總儲能約為200 MJ。TF系統(tǒng)導(dǎo)體的長度超過20 km，重達210 t。圖2（b）所示的TF磁體可以在等離子體中心提供最大4 T的磁場。每個TF線圈在安裝前以120%的電流過流運行進行充分測試。更具體地說，全方位地進行絕緣和失超測試，以檢驗每一個TF線圈的合格性。
圖2 EAST的超導(dǎo)磁體。（a）單個TF線圈；（b）超導(dǎo)縱場TF磁體系統(tǒng)。
對于PF和CS線圈來說，主要的挑戰(zhàn)是等離子體控制和運行需要線圈電流快速變化，這將導(dǎo)致交流損耗和線圈內(nèi)溫度上升，可能導(dǎo)致在運行過程中發(fā)生超導(dǎo)磁體的失超、等離子體破裂等安全事故。解決方案是專門設(shè)計PF和CS電纜。
PF和CS線圈由分離銅股線與NbTi合金以1.38的比例經(jīng)多級絞纜形成的CICC導(dǎo)體繞制而成，單個股線的直徑為0.85 mm，每條股線有8910根NbTi超導(dǎo)絲，每根超導(dǎo)絲的直徑為6 μm，超導(dǎo)絲扭距為10 mm，5 T/4.2 K時的臨界電流約為550 A。為了增加導(dǎo)體的穩(wěn)定性，在導(dǎo)體中加入了無氧高電導(dǎo)銅絞線。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有足夠的抗交流損耗和溫升裕度。CS線圈最高的電流爬升速率可高達100 kA?s-1，還能承受120%的電流過流運行。
在托卡馬克運行過程中，所有線圈同時擁有大電流負荷是超導(dǎo)磁體的另一個挑戰(zhàn)，這是由于每個線圈的快速爬升速率導(dǎo)致線圈之間有非常強的磁干擾，這很容易在磁體失超保護系統(tǒng)中產(chǎn)生高的電磁噪聲。針對這個問題，在磁體安裝完畢后，進行了深入調(diào)試，對所有磁體進行了測試。所有線圈都以不同的電流和電流爬升速率通電，在有足夠安全裕度的條件下，分別測試了20 kA?s-1持續(xù)60 ms，10 kA?s-1持續(xù)160 ms，5 kA?s-1和穩(wěn)態(tài)運行下更低速率的爬升，同時在失超檢測和磁診斷中獲得了大量的數(shù)據(jù)，為機器運行提供了可靠的失超保護數(shù)據(jù)庫。
在EAST運行的15年中，所有超導(dǎo)磁體都經(jīng)歷了不同的托卡馬克運行模式，無一失敗，證明了第一個完全使用超導(dǎo)磁體的托卡馬克的運行質(zhì)量和魯棒性。
（二）輔助加熱
等離子體的有效加熱和等離子體電流分布控制是聚變應(yīng)用的必要條件。在過去的幾十年里，以下四種主要的H&CD系統(tǒng)在托卡馬克的研究中得到了廣泛的應(yīng)用：離子回旋共振加熱（ICRH）、電子回旋共振加熱（ECRH）、中性束流注入（NBI）和低雜波電流驅(qū)動（LHCD）。大多數(shù)H&CD系統(tǒng)是以短脈沖模式開發(fā)的，只能持續(xù)幾秒鐘。為了實現(xiàn)EAST的使命，需要新一代具有長脈沖（100~1000 s）的H&CD系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)是消除各系統(tǒng)各部件上的高熱流，特別是輔助加熱天線上的熱流，這些熱流導(dǎo)致天線和容器壁與等離子體產(chǎn)生很強的相互作用。大通量熱流是產(chǎn)生雜質(zhì)和熱斑的主要原因，這些雜質(zhì)和熱斑可以導(dǎo)致裝置破裂而終止放電，有非常大的危害。
經(jīng)過近20年的技術(shù)研發(fā)，EAST研制出了總功率為34 MW的長脈沖H&CD系統(tǒng)，包括一套12 MW的連續(xù)波ICRH系統(tǒng)、一套8 MW的注入粒子能量為50~80 keV的NBI系統(tǒng)、一套140 GHz的4 MW ECRH系統(tǒng)、一套2.45 GHz的4 MW LHCD系統(tǒng)和一套6 MW LHCD 4.6 GHz系統(tǒng)，構(gòu)成一個非常靈活的H&CD系統(tǒng)，在探索多種物理相關(guān)的研究問題中起著關(guān)鍵的作用。
基于美國DIII-D托卡馬克的短脈沖NBI系統(tǒng)，等離子體所與通用原子公司（General Atomics, GA）合作開發(fā)了長脈沖正電荷NBI系統(tǒng)。NBI系統(tǒng)的離子源由電極結(jié)構(gòu)主動冷卻，能提供高達26 A的電流。目前已經(jīng)制作了一系列離子源，并且實現(xiàn)了單個束流以4 MW注入功率工作。利用該離子源，首次實現(xiàn)了60 kV、100 s的穩(wěn)定束流脈沖工作和50 kV、80 s的調(diào)制束流脈沖工作。這是朝著高功率、長脈沖束流運行目標邁出的關(guān)鍵一步。并且基于這些離子源，10~60 s脈沖長度的氘束流現(xiàn)已在EAST等離子體實驗中常規(guī)使用。
由于ICRH對離子的有效加熱起著關(guān)鍵作用，連續(xù)波ICRH是美國托卡馬克聚變試驗堆（TFTR）和JET等主要托卡馬克裝置中最重要的加熱系統(tǒng)之一。從法國Tore Supra裝置的連續(xù)波離子回旋頻率范圍（ICRF）中獲得的經(jīng)驗促進了EAST ICRF系統(tǒng)的快速發(fā)展。EAST安裝了一個頻率范圍為20 ~ 70 MHz的12 MW連續(xù)波ICRF系統(tǒng)，該系統(tǒng)由8個射頻發(fā)生器和相關(guān)的發(fā)射系統(tǒng)組成。其中主動冷卻輸電線路、陶瓷引線、天線和液體雙-T匹配系統(tǒng)已成功開發(fā)并應(yīng)用于EAST實驗。
4 MW ECRH系統(tǒng)由4個回旋加速器（1 MW, 140 GHz）、傳輸線、電源和天線組成。ECRH系統(tǒng)建立最具挑戰(zhàn)的部分是位于中平面端口的天線。由于物理要求，ECRH不僅用于H&CD，還用于其他目的，如新經(jīng)典撕裂模（NTM）的抑制和等離子體電流剖面的控制，因此需要一個轉(zhuǎn)向鏡，它可以在極向和環(huán)向方向上快速旋轉(zhuǎn)，并且需要主動冷卻以處理等離子體的高熱流。還需要一個防護窗來保護轉(zhuǎn)向鏡表面免受灰塵覆蓋。通過天線轉(zhuǎn)鏡靈活轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對微波功率沉積位置的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對等離子體電子的有效加熱和等離子體電流的實時控制。目前這些技術(shù)問題都得到了解決，ECRH在長脈沖H模放電過程中，在高達1.6億攝氏度的電子溫度下持續(xù)工作幾十秒，取得了很好的效果。
EAST上最重要的H&CD系統(tǒng)是LHCD系統(tǒng)，它具有最高的電流驅(qū)動效率，是穩(wěn)態(tài)運行過程中驅(qū)動等離子體電流的關(guān)鍵。EAST系統(tǒng)使用兩套LHCD系統(tǒng)，其中4 MW、2.45 GHz的連續(xù)波系統(tǒng)作為邊緣電流驅(qū)動，該天線采用無源主動冷卻模塊（PAM），其優(yōu)點是可以在極低的等離子體密度下與等離子體耦合。4.6 GHz/6 MW的LHCD系統(tǒng)是EAST上最可靠的H&CD系統(tǒng)，如圖3所示。該天線為多結(jié)結(jié)構(gòu)，采用夾層式冷卻通道，具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和熱性能。多結(jié)格柵天線中的24個模塊以四行六列的形式排列。每個模塊在極向方向上分為三個子行，每個子行由內(nèi)置移相器產(chǎn)生的8個有源子波導(dǎo)組成，它們之間的相位差為90°。在發(fā)射裝置的每個子排中，7個無源波導(dǎo)插入相鄰的主波導(dǎo)之間。因此，整個發(fā)射裝置由660個子波導(dǎo)（576個有源子波導(dǎo)和84個無源子波導(dǎo)）組成。EAST 4.6 GHz LHCD系統(tǒng)在過去15年的運行中表現(xiàn)優(yōu)異，在完全僅由LHCD系統(tǒng)驅(qū)動的條件下，實現(xiàn)了等離子體放電最長脈沖時間超過411 s以及H模放電最長脈沖時間為100 s的目標。
圖3 穩(wěn)態(tài)低雜波（4.6 GHz/6 MW）系統(tǒng)。
EAST的H&CD系統(tǒng)在ITER和其他大型穩(wěn)態(tài)托卡馬克的技術(shù)開發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。特別是EAST的實驗經(jīng)驗可以為所有H&CD系統(tǒng)的測試提供一種集成的方法。表1是世界上主要托卡馬克的H&CD系統(tǒng)的匯總。與其他托卡馬克裝置相比，EAST是唯一一個具有所有4種H&CD系統(tǒng)的長脈沖托卡馬克裝置，它可以提供不同加熱方式和等離子體控制的靈活組合，以促進高性能穩(wěn)態(tài)運行。
表1 世界上主要托卡馬克的H&CD系統(tǒng)的參數(shù)
（三）偏濾器
在長脈沖條件下，等離子體和壁之間發(fā)生的強烈相互作用，以及高熱量和高粒子通量，給未來的聚變反應(yīng)堆帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。對偏濾器靶來說尤其如此，因為偏濾器靶的最高熱量和粒子通量都高于材料極限。為了實現(xiàn)其目標，已經(jīng)在EAST中使用了三代偏濾器。
在EAST項目的初期階段，使用了完全主動冷卻的摻雜石墨面向等離子體組件（PFC）和石墨偏濾器，如圖4所示。摻雜石墨會具有較厚的碳化硅（SiC）涂層，表現(xiàn)出良好的連續(xù)熱排出能力（2 MW?m-2），這是安裝前進行過測試的。出于經(jīng)濟和技術(shù)考慮，在2008—2014年的EAST項目中，主真空室壁和偏濾器靶板都采用了摻雜石墨主動水冷技術(shù)。摻雜石墨GBST1308（1% B4C, 2.5% Si, 7.5% Ti）具有高密度、低開孔率、高強度和高熱導(dǎo)率的特點。采用化學(xué)氣相反應(yīng)技術(shù)，在摻雜石墨瓦表面涂覆一層約100 μm厚的SiC，利用反應(yīng)氣體通過開放的孔隙滲透，提供了梯度SiC涂層。這一過程產(chǎn)生了足夠的抗剝落能力。在長脈沖等離子體放電實驗中，SiC涂層的化學(xué)和物理濺射產(chǎn)額明顯低于其他托卡馬克裝置中的石墨材料。石墨瓦被螺栓固定在銅合金（CuCrZr）散熱器上，并通過彈簧墊圈進行限制，在熱膨脹時允許有限的變形。全石墨PFC可顯著改善EAST等離子體性能；我們實現(xiàn)了411 s等離子體放電，這是托卡馬克運行中最長的高性能等離子體放電。完全主動冷卻的石墨PFC在這項世界紀錄中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
圖4 高性能石墨水冷偏濾器。
通過逐步增加H&CD功率，EAST可以在穩(wěn)態(tài)條件下產(chǎn)生偏濾器熱負荷超過10 MW?m-2的ITER型長脈沖H模等離子體。因此，熱排出能力為2 MW?m-2的石墨PFC不能滿足物理需求。此外，ITER的PFC從碳/鈹（C/Be）轉(zhuǎn)變?yōu)閹в幸粋€鎢（W）偏濾器靶板的全金屬壁。為了研究全金屬壁等離子體的性能，EAST采用了全鎢偏濾器。
第二代EAST偏濾器使用類似ITER的鎢單體模塊作為偏濾器靶板，其熱流處理能力高達10 MW?m-2。為了在ITER運行之前為其提供寶貴的經(jīng)驗，類似的材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)被用于EAST；例如，ITER級的鎢被使用在PFC上。由于熱膨脹系數(shù)和楊氏模量的不匹配，鎢和CuCrZr的結(jié)合是困難的。制備鎢模塊化PFC分為兩個步驟：首先，采用熱等靜壓（HIP）的方法將鎢單體模塊包覆并與純銅夾層連接；然后，用熱徑向壓焊（HRP）方法將鎢單體模塊焊接到CuCrZr管上。在真空環(huán)境下采用釬焊和電子束焊對純銅管和鎢單體模塊進行密封焊接，然后再進行HIP工藝加工。經(jīng)HIP工藝處理后，鎢塊被加工成設(shè)計尺寸為26 mm × 26 mm × 12 mm，與ITER設(shè)計尺寸類似。鎢與銅的結(jié)合質(zhì)量良好，結(jié)合強度大于150 MPa。超聲無損檢測（NDL）結(jié)果表明，鎢塊與銅塊的結(jié)合符合技術(shù)要求。此外還進行了熱疲勞試驗。采用HIP和HRP技術(shù)制備了一個含有五個單體模塊的W/Cu模型，承受1000次在約10 MW?m-2的熱負荷下的循環(huán)，每個循環(huán)包括一個15 s的加熱階段和一個15 s的冷卻階段。主動冷卻是在室溫下用水進行的，冷卻水進出水口的溫差高達18 ℃，并利用紅外掃描儀（IR）對表面溫度進行觀測。該模型可耐受1000次循環(huán)，表面溫度高達1150 ℃。研究表明，其無表面過熱現(xiàn)象，W/Cu模型表現(xiàn)出良好的性能和質(zhì)量。經(jīng)過一年的努力，EAST的碳基限制器被一種類似ITER的鎢模塊偏濾器取代，如圖5所示。有了這些新增強的能力，通過NBI、LHCD、ECRH和ICRH的組合，可以獲得不同類型的穩(wěn)態(tài)H模（vp = 0），持續(xù)時間可達100 s。
圖5 類ITER鎢串水冷偏濾器。
由于EAST實驗的迅速發(fā)展，EAST偏濾器靶板的熱負荷已超過10 MW?m-2并將很快達到20 MW?m-2。在使用類似ITER的模偏濾器近6年之后，發(fā)現(xiàn)一些靶板瓦片性能在緩慢下降。為了為未來的反應(yīng)堆提供快速、可靠的解決方案，需要新一代的偏濾器靶板。為了滿足未來的需求，我們選擇了一種20 MW?m-2超級蒸發(fā)冷卻（hypervapotron）結(jié)構(gòu)的平板（flat-tile）W/Cu偏濾器。首先，采用真空熱壓法（VHP）在900 ℃左右的溫度下將鎢平板與純銅夾層連接；其次，Cu和CuCrZr在500~600 ℃的低溫下通過HIP技術(shù)進行接觸面結(jié)合。超聲探傷結(jié)果表明，W/Cu接觸面質(zhì)量良好。該部件承受住了1000次20 MW?m-2的高熱負荷輻照，其表面溫度約為900 ℃，遠低于ITER的結(jié)構(gòu)。四分之一的EAST偏濾器已被平板W/Cu靶板取代，如圖6所示。新的鎢偏濾器于2021年年初在EAST安裝。近半年來進行了長脈沖、高熱流實驗，未出現(xiàn)故障。這種新型偏濾器的性能尤其是在熱通量和粒子通量處理能力方面優(yōu)于類ITER的偏濾器。進一步的實驗和兩代W/Cu偏濾器的比較將為未來的聚變反應(yīng)堆提供可靠的經(jīng)驗。
圖6 EAST的偏濾器設(shè)計。（a）平板模塊偏濾器示意圖；（b）新型EAST鎢偏濾器。
2021年5月28日在EAST上實現(xiàn)了可重復(fù)的100 s高性能等離子體放電，在類-ITER整體鑄造、平瓦鎢偏濾器條件下，通過結(jié)合ECRH與LHCD，使電子溫度達到了1.2億攝氏度（圖7），創(chuàng)造了托卡馬克裝置高溫長脈沖運行的記錄。在過去15年的運作中，EAST取得了重大進展，在加入ITER后開展了廣泛的國際合作，并開展了廣泛的聯(lián)合試驗，在參與ITER建設(shè)的過程中收獲了寶貴的經(jīng)驗，與此同時，EAST的設(shè)計、建設(shè)和運行所積累的寶貴經(jīng)驗，也為未來的ITER和其他的聚變能系統(tǒng)的建設(shè)和運行培養(yǎng)了人才。
圖7 1.2億攝氏度100 s高性能放電。（a）主要等離子體參數(shù)；（b）21 s（紅）、51 s（藍）、82 s（綠）時的電子溫度分布；（c）等離子體放電時的磁面。Ip：等離子體電流；Vloop：回路電壓；Te(0)：中央電子溫度；ne：中線平均電子密度；PRF：總射頻功率；TOST目標外表面溫度；ρ：歸一化等離子體小半徑。
擁有托卡馬克核聚變研究的所有技術(shù)前提設(shè)施（如偏濾器、H&CD系統(tǒng)和長脈沖放電能力）的EAST，使中國磁約束聚變研究處于國際穩(wěn)態(tài)先進托卡馬克運行領(lǐng)域的前沿。在ITER開始運行之前，EAST提供了很多關(guān)于超導(dǎo)系統(tǒng)和穩(wěn)態(tài)運行的經(jīng)驗。
在未來幾年里，ITER所需的高達400 s的H模放電將是EAST的目標。在EAST 10年的長期計劃中，隨著H&CD和先進診斷技術(shù)的進一步升級，EAST將把其先進性能運行的模式擴展到穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間，目的是研究未來聚變反應(yīng)堆的條件，比如在反應(yīng)堆相關(guān)條件下運行數(shù)小時。未來EAST將繼續(xù)作為ITER和中國聚變工程試驗堆（CFETR）新的運行模式的測試和技術(shù)平臺，而且還將為世界各地的下一代科學(xué)家和工程師提供從事長脈沖高參數(shù)等離子體物理研究提供研發(fā)平臺。
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