第一篇：2000HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變試驗(yàn)裝置自查報告

“HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置”自查報告

等離子體物理研究所

I、工藝、研制

國家“九五”重大科學(xué)工程“HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置”，于一九九九年十月通過國家計委組織的初步設(shè)計論證。之后的一年時間內(nèi)，在中國科學(xué)院的直接領(lǐng)導(dǎo)和支持下，等離子體物理研究所的科研人員緊張而有序地致力于“HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置”的工程設(shè)計和前期的預(yù)研工作，攻克一個又一個技術(shù)難點(diǎn)，取得了重要進(jìn)展。

一、工藝設(shè)計

“HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置”包括一個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)縱場與極向場磁體系統(tǒng)、真空室、冷屏、外真空杜瓦及面對等離子體部件等部件。承擔(dān)各部件設(shè)計的工程技術(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,借鑒國際上同類裝置的經(jīng)驗(yàn),通過一絲不茍的努力工作，目前各項(xiàng)工作的進(jìn)展呈良性循環(huán)---設(shè)計推動了預(yù)研工作的進(jìn)行，預(yù)研工作的結(jié)果又使設(shè)計得到進(jìn)一步優(yōu)化。

1.超導(dǎo)磁系統(tǒng)。超導(dǎo)縱場與極向場磁系統(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)過一輪又一輪的設(shè)計、計算和分析，對多種方案進(jìn)行比較、優(yōu)化，目前超導(dǎo)導(dǎo)體的設(shè)計已進(jìn)入最后的實(shí)驗(yàn)選型階段；線圈的設(shè)計已完成試驗(yàn)線圈的設(shè)計與繞制及原型線圈的設(shè)計；低溫下高強(qiáng)度線圈盒的設(shè)計已完成各種可能工況下的力學(xué)分析與計算、傳熱分析與計算、電磁分析計算以及線圈盒焊接時的溫升對超導(dǎo)線圈性能影響的試驗(yàn)等工作；低溫冷卻回路的設(shè)計已完成熱的分析與計算及冷卻參數(shù)的優(yōu)化；超導(dǎo)導(dǎo)體接頭已完成多種方案的設(shè)計、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)計與試制，進(jìn)入批量制造階段；超導(dǎo)線圈的真空壓力浸漬的工藝研究 在國內(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)極向場的線圈位置優(yōu)化和電流波形優(yōu)化，使之既能滿足雙零和單零的偏濾器位形的要求，又能滿足限制器位形的要求，目前這項(xiàng)工作經(jīng)過反復(fù)的平衡計算與調(diào)試、比較，已經(jīng)滿足物理的要求，工程上線圈在裝置上的位置以及線圈的截面形狀均已確定。

2.真空室。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超高真空環(huán)境，要滿足裝置穩(wěn)定運(yùn)行時等離子體對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、水冷及加料對窗口的要求、中子屏蔽的要求、還要滿足面對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最大，同時真空室要烘烤到250°C，因溫度變化所產(chǎn)生的熱變形大。設(shè)計人員考慮到以上這些因素，對真空室進(jìn)行了所有可能工況下的多輪受力分析、電磁分析和傳熱計算，針對每一輪的計算結(jié)果對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。目前已完成最新一輪滿足各項(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)計正在進(jìn)行之中，真空室滿足熱脹冷縮要求的特殊支撐結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)平臺正在制造過程中，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。

3.冷屏與外真空杜瓦。HT-7U的內(nèi)外冷屏是超導(dǎo)磁體的熱屏障，對維持超導(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，對傳熱計算產(chǎn)生重要影響的表面輻射系數(shù)的測量已完成，目前該部件已進(jìn)入工程設(shè)計的最后階段，即將轉(zhuǎn)入施工設(shè)計。外真空杜瓦是維持其內(nèi)部的所有部件都處在基本無對流傳熱的真空環(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)計已正式展開。

4.面對等離子體部件。面對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等離子體部件的冷卻系統(tǒng)輸運(yùn)到托卡馬克外。面對等離子體部件相對等離子體 的位置的優(yōu)化正與德國馬普等離子體所合作，利用他們的程序進(jìn)行計算，已得出初步結(jié)果；直接面對等離子體的石墨材料正與山西煤化所合作研究，開發(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)的測試。

5.裝置技術(shù)診斷。裝置技術(shù)診斷包括溫度測量、應(yīng)力應(yīng)變測量、失超保護(hù)和短路檢測等部分。溫度測量從4.5k的液氦溫度到350°C面對等離子體部件的烘烤溫度，要測的溫度范圍大，且要使用不同的方法。特別是超低溫下的溫度測量，其溫度計的標(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所有低溫溫度計的標(biāo)定。應(yīng)力應(yīng)變測量、短路檢測和失超保護(hù)的探測及放大電路已設(shè)計并調(diào)試完畢，數(shù)據(jù)采集和處理的專用程序也已進(jìn)入調(diào)試階段。

6.低溫系統(tǒng)。低溫系統(tǒng)是HT-7U超導(dǎo)托卡馬克裝置的關(guān)鍵外圍設(shè)備之一。它必須保障裝置的超導(dǎo)縱場磁體和極向場磁體順利地從室溫降溫至3.8-4.6K,并能長達(dá)數(shù)月保冷,維持超導(dǎo)縱場磁體正常勵磁和極向場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)計已全面展開，部分外購設(shè)備已到貨且已安裝到位。新增兩只100m3的中壓儲氣罐已安裝就序，新增100m3的低壓氣柜也一穩(wěn)穩(wěn)地安放在低溫車間的一角，新建壓機(jī)站的五臺嶄新的螺桿壓機(jī)被整齊地安裝在低溫車間中間，一臺氦氣干燥器、一臺吸附器和兩臺濾油器已安裝完畢。原俄羅斯贈送的OPG 100/500二號制冷機(jī)的改造工作已經(jīng)結(jié)束，德國FZK贈送的300W/1.8K制冷機(jī)的恢復(fù)施工即將開展。螺桿壓機(jī)站的電控部分和氣、水、油管線的施工正在緊張地進(jìn)行。

7.其他子系統(tǒng)。高功率電源系統(tǒng)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縱場電源與極向場電源已完成了系統(tǒng)的分析、計算和方案的比較、優(yōu)化，目前正處在工程設(shè)計階段。在設(shè)計過程中，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)計方案上結(jié) 合本所的具體情況作多種設(shè)計相結(jié)合的方法，而且充分利用本所的技術(shù)儲備，積極發(fā)揮創(chuàng)新的能力，自行開發(fā)重要設(shè)備。極向場電源的關(guān)鍵設(shè)備，大容量晶閘管、直流高壓開關(guān)和爆炸開關(guān)等目前只能以很高的價格進(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。真空抽氣系統(tǒng)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，抽速和抽氣時間計算;主泵、主閥、測量系統(tǒng)的選擇和配備;完成抽氣系統(tǒng)主泵和予抽泵16臺合計58萬元訂貨。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。

低雜波電流驅(qū)動系統(tǒng)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，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，準(zhǔn)備先期建設(shè)的1MW波系統(tǒng)的高壓電源及波系統(tǒng)天線的試驗(yàn)件正在制造過程中。離子回旋共振加熱已完成波系統(tǒng)的總體設(shè)計，確定了4MW/30-110Mhz的波系統(tǒng)方案；完成了波源設(shè)計，并正在建造一臺1MW，脈沖可達(dá)1000秒的射頻波源，預(yù)計2001年中建成并調(diào)試；已完成天線的調(diào)配系統(tǒng)設(shè)計，并正進(jìn)行加工前的臺面試驗(yàn)。

總控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對整個裝置進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、控制與保護(hù)的分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前總控系統(tǒng)的安全巡檢系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、脈沖充氣系統(tǒng)均已完成程序的設(shè)計，正在進(jìn)行調(diào)試和預(yù)演；中央定時系統(tǒng)正在與國內(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-CAMAC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，正在進(jìn)行程序的調(diào)試和預(yù)演。

診斷測量系統(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上的診斷測量設(shè)備外，作為托卡馬克上的最重要的測量系統(tǒng)之一的電磁測量系統(tǒng)正在進(jìn)行物理上的計算和磁探針、單匝環(huán)、Rogowski線圈、逆磁線圈、鞍形線圈等測量線圈的設(shè)計，由美國德克薩斯大學(xué)贈送的新型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。

二、預(yù)研與試制 ★ 超導(dǎo)磁系統(tǒng)的研制是HT-7U超導(dǎo)托卡馬克最關(guān)鍵也是最長線的任務(wù)。作為超導(dǎo)磁體最基本的單元---超導(dǎo)股線，已從俄羅斯高能物理所購得，并對每根股線取樣進(jìn)行了性能測試。所購得的超導(dǎo)線委托俄羅斯電纜所絞纜。按我所設(shè)計人員提供的設(shè)計方案絞制的六個一級子纜的樣品，已委托俄羅斯庫爾恰托夫研究所進(jìn)行了性能測試，并同時將六個同樣的子纜拿回國內(nèi)，在等離子體所的超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室做了同樣的測試，以驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，增加設(shè)計方案選擇的可靠性。目前雙方的實(shí)驗(yàn)都已結(jié)束，將按照選擇出來的設(shè)計方案，由俄羅斯電纜所進(jìn)行全纜的絞制。全纜的樣品將分別在俄羅斯電物理所和我所進(jìn)行超導(dǎo)性能測試實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步證明導(dǎo)體設(shè)計方案的可靠性。★ 由俄羅斯電纜所絞制的超導(dǎo)電纜將運(yùn)回等離子體所，制造成繞制超導(dǎo)線圈所用的CICC導(dǎo)體。用于制造單根長度為600米的CICC導(dǎo)體的穿管生產(chǎn)線，正在等離子體所緊張地施工，預(yù)計2000年底建成。在這條生產(chǎn)線上，長度600米的電纜將穿入600米材料為316LN不銹鋼的圓管內(nèi)，再經(jīng)過縮管、壓方，成為合乎要求的CICC導(dǎo)體。600米長的316LN不銹鋼管是由單根10米長的管焊接而成，管與管之間的焊接試驗(yàn)，已在從美國進(jìn)口的自動氬弧焊機(jī)上進(jìn)行了多輪試驗(yàn)，焊縫達(dá)到設(shè)計的要求。316LN不銹鋼管委托沈陽金屬所制造，試制階段已結(jié)束，目前正投入批量生產(chǎn)。★ 穿管生產(chǎn)線上下來的CICC導(dǎo)體，將經(jīng)過無張力特種繞線機(jī)分別繞制成D形的縱場線圈和圓形的極向場線圈。這種特種繞線機(jī)已于九八年在等離子體所試制成功，并用原來委托西北有色金屬研究院試制的CICC導(dǎo)體成功地繞制了一餅2/3的縱場線圈和一餅1/2的中心螺管線圈，其精度不僅好于設(shè)計指標(biāo)，而且好于國際同行所做到的精度。目前第二臺繞線機(jī)正在制造過程中，預(yù)計年底兩臺繞線機(jī)將在整潔干凈的繞線車間待命?！?繞制好的線圈經(jīng)匝間和餅間絕緣處理后，再經(jīng)真空壓力浸漬，然后裝入材料為316LN不銹鋼，在低溫下有高強(qiáng)度，經(jīng)精密加工的線圈盒內(nèi)。尺寸約為3.5x2.5米的D形線圈盒，要使其與線圈的配合面的加工精度達(dá)到0.1mm，必須在高精密的數(shù)控機(jī)床上加工。由國內(nèi)數(shù)家廠家竟標(biāo)的一臺5米x3米的數(shù)控龍門銑床，已由武漢重型機(jī)床廠中標(biāo)，于今年3月份投入生產(chǎn)，預(yù)計年底運(yùn)往 等離子體所安裝就位。★ 線圈與線圈盒組裝在一起，便是超導(dǎo)縱場線圈的一個個裝配單元。但是，無論是縱場線圈還是極向場線圈，在組裝到裝置上之前，都必須經(jīng)過超導(dǎo)性能試驗(yàn)。用于超導(dǎo)線圈性能試驗(yàn)的φ3米x6米的試驗(yàn)杜瓦和實(shí)驗(yàn)所需的低溫、真空、電源、技術(shù)診斷和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等均已在等離子體所超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室安裝到位。在這套設(shè)備上將進(jìn)行CICC全纜性能測試和HT-7U的每一餅超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)性能測試。

我們堅信在科學(xué)院的正確領(lǐng)導(dǎo)和大力支持下，經(jīng)過等離子體所全體科研人員的共同努力，“HT-7U超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置”將以最快的進(jìn)展速度建設(shè)成功，并達(dá)到予期目標(biāo)。

(文中涉及到的設(shè)計圖紙與實(shí)物照片見“工藝與研制圖冊”)

第二篇：超導(dǎo)托卡馬克系統(tǒng)研制全院內(nèi)審情況匯報(精)

超導(dǎo)托卡馬克系統(tǒng)研制全院內(nèi)審情況匯報

2008年10月13日上午，以強(qiáng)磁場中心張健如老師為主的審核組對我所進(jìn)行了超導(dǎo)托卡馬克系統(tǒng)研制的內(nèi)審，情況總結(jié)如下。

一、總體安排

系統(tǒng)研制主要分為：

2007年3月之前（EAST工程建設(shè)）

2007年3月份之后（EAST內(nèi)部部件改造、5對8對電流引線改造以及低雜波天線改造、離子回旋天線改造四個項(xiàng)目）。

整改意見：請領(lǐng)導(dǎo)確定07年之后的四個項(xiàng)目是否都需要準(zhǔn)備接受審核？

二、存在問題及建議

因系統(tǒng)研制項(xiàng)目涉及設(shè)計、研制、安裝組裝過程，項(xiàng)目跨度較大，因此系統(tǒng)研制均以單獨(dú)項(xiàng)目的形式進(jìn)行審核。以內(nèi)部部件為例，根據(jù)審核組的建議，我們將成立各個項(xiàng)目的質(zhì)量工作小組，在近期內(nèi)對系統(tǒng)研制項(xiàng)目進(jìn)行整理規(guī)范，由計財辦（特邀專家張健如、陳俊凌、黃素貞）、一室（宋云濤、李力、段傳霞）、研制中心（貢馬林、徐朝勝）共同完成，計劃在10月31日前完成內(nèi)部部件改造項(xiàng)目的整改工作。

1、作為獨(dú)立的項(xiàng)目，應(yīng)有總的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對整個項(xiàng)目進(jìn)行負(fù)責(zé)，在審核時作為主要溝通者到場。

整改意見：請領(lǐng)導(dǎo)盡快確定四個項(xiàng)目的項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，并由他們具體負(fù)責(zé)牽頭，計財辦輔助進(jìn)行資料整理收集。

2、應(yīng)提供總的項(xiàng)目任務(wù)書或項(xiàng)目合同，并應(yīng)有評審記錄。

整改意見：所里應(yīng)下發(fā)任務(wù)書明確項(xiàng)目內(nèi)容等情況，并進(jìn)行審簽批過程。

2、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)提供總的項(xiàng)目質(zhì)量計劃，在質(zhì)量計劃中因明確設(shè)計室（一室）與研制安裝組裝（研制中心）的責(zé)任和人員，資源需求情況分析，特殊過程的識別以及設(shè)備需求情況等。

整改意見：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)組織質(zhì)量計劃或項(xiàng)目的方案策劃，計財辦輔助進(jìn)行。

3、整個項(xiàng)目應(yīng)具有項(xiàng)目的質(zhì)量目標(biāo)以及人員職責(zé)；項(xiàng)目涉及的部門也應(yīng)具有質(zhì)量目標(biāo)分解情況。

整改意見：各部門應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)書進(jìn)行本部門的質(zhì)量目標(biāo)及人員調(diào)配，并提供質(zhì)量目標(biāo)分解表與組織結(jié)構(gòu)圖。

4、根據(jù)項(xiàng)目，應(yīng)提供項(xiàng)目的《設(shè)計開發(fā)計劃書》；根絕項(xiàng)目任務(wù)書情況編制《設(shè)計開發(fā)任務(wù)書》，并對《設(shè)計開發(fā)任務(wù)書》進(jìn)行評審，我們未能提供設(shè)計開發(fā)輸入證據(jù)。

整改意見：一室應(yīng)對項(xiàng)目的設(shè)計輸入進(jìn)行整理確認(rèn)。

5、對關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵過程和特殊過程應(yīng)進(jìn)行識別，并進(jìn)行評審，形成操作手冊。

整改意見：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)負(fù)責(zé)項(xiàng)目的關(guān)鍵過程及特殊過程確認(rèn)，各部門收集關(guān)鍵過程的提案、評審意見以及最終方案。

6、對有效文件、有關(guān)質(zhì)量記錄進(jìn)行整理歸類。整改意見：項(xiàng)目文件管理人員應(yīng)對所有資料進(jìn)行有效整理，與標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)，做到有條不紊。

7、研制中心應(yīng)提供安裝調(diào)試大綱，并提供驗(yàn)證記錄。

整改意見：研制中心負(fù)責(zé)生產(chǎn)、安裝與組裝過程的所有文件資料的準(zhǔn)備，并提供安裝調(diào)試驗(yàn)收結(jié)論。