EAST 偏濾器充氣系統是輻射偏濾器研究的重要方面。本文詳細介紹了EAST 新一輪改造升級后偏濾器充氣系統最重要的兩個特性———充氣閥流量率和管道延遲時間的標定，結果顯示系統性能得到較好優化，流量率線性穩定，延遲時間縮短約一半左右。

　　核聚變能源是一種高效安全、環境友好且有足夠原料供應的清潔能源。現今最有前景的聚變實驗裝置之一是利用磁場把等離子體約束在高真空封閉容器內反應的托卡馬克，而先進的托卡馬克等離子體位形都是運行在偏濾器位形下，偏濾器構成高溫等離子與材料直接接觸的過渡區域：一邊是溫度高達天文數字(幾億度)的等離子體，另一邊是通常的固體材料。因而偏濾器靶板區域的熱流值很大，給裝置的長脈沖安全運行帶來了極大的挑戰，隨著裝置加熱功率的進一步提高和穩定氘氚燃燒時間的延長，除了期待在材料方面有大的突破外， 輻射偏濾器(radiative divertor)是一個很好的發展方向：通過在偏濾器特定區域注入D2、Ne 和Ar 等氣體，利用其輻射冷卻效應主動控制穩態熱流，促使等離子體發生脫靶，大大降低入射偏濾器靶板的熱流，實現裝置的穩態運行。充氣系統(Gas Puffing System)就是輻射偏濾器應用的實際執行系統，也為研究偏濾器的不透明性、中性壓強、偏濾器區域等離子體冷卻、雜質控制、氦灰排出及減小靶板侵蝕提供了一個極有效的工具。

1、EAST 偏濾器充氣系統

　　EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) 是世界上第一個全超導非圓截面磁約束裝置，有著與ITER 相同磁場結構和加熱條件，與世界上現有的托卡馬克裝置不同，EAST 的設計初衷就是為了論證高功率長脈沖穩態等離子體運行和相關物理問題研究。但是，在偏濾器位形下，高功率長脈沖也即意味著偏濾器靶板要承受更高的穩態熱流，隨著加熱功率的進一步提高，EAST 裝置上偏濾器靶板上的熱負荷將達到10 MW/m2，此時，輻射偏濾器作用更突出。輻射偏濾器的充氣系統主要由控制器，執行閥門、相應的管道回路和測量裝置構成，工作流程如圖1 所示。通過中央處理器實時計算XUV 光譜診斷所測的靶板總輻射功率，得到其占總入射功率的比例———總輻射比，與設定的總輻射比期望值比較，如果小于期望值時就對裝置進行充氣，如果達到或超出期望值時就停止充氣，即以主動反饋模式控制穩態熱流，進而實現穩態運行。

　　EAST 偏濾器充氣系統采用主從、并行回路，主、從回路分別以壓電晶體閥(Piezoelectric Valve —— PEV)和電磁脈沖閥(Magnetic Pulse Valve —— MPV)作為執行器，其中，PEV 內置于靠近等離子區域的頸管深處，在精確控制進氣量的同時減小延遲時間;MPV 置于縱向磁場之外，主要從安全、冗余角度考慮，保障輻射偏濾器充氣能正常工作。

圖1 輻射偏濾器充氣控制流程示意圖

2、充氣系統測試標定

　　輻射偏濾器充氣系統必須滿足精確性和快速性的要求，故其流量率和延遲時間是最重要的兩個特征。下文分別對壓電晶體閥和電磁脈沖閥作了流量率和延遲時間的測量和標定。

　　2.1、流量率標定

　　所注入雜質氣體或燃料氣體的絕對精確量是定量研究偏濾器物理問題的基礎，故真空技術網(http://smsksx.com/)認為閥門流量率的標定是必要的。由理想氣體方程PV=nRT 可知，在壓強和溫度不變的情況下，氣體的量和體積成正比，所以通過測定單位時間內流過的氣體體積來定義流量率。

3、結論

　　本文主要介紹了EAST 輻射偏濾器研究中重要的偏濾器充氣系統，具有分別以壓電閥和電磁閥為執行器的兩個獨立充氣回路，對其最重要的兩個特性———流量率和延遲時間作了重點研究和標定測試。

　　通過對充氣系統流量率和延遲時間的測量標定，首先確定了充氣系統的執行器———壓電閥和電磁閥均具有很好的工作特性，這是系統正常工作的重要基礎，也是充氣控制程序實現精確控制的前提，由壓電閥電壓、電磁閥背壓分別與流量的對應關系，可以較精確地計算充氣系統的絕對進氣量，為輻射偏濾器乃至EAST 的物理研究提供數據支持。其次也驗證了系統改造后得到較好的優化，延遲時間縮短至一半，具有重要意義。再次，標定的結果，可以指導充氣系統的兩個獨立回路的科學配套使用，實現回路間的平穩切換，避免對等離子狀態造成影響。