国家磁约束核聚变能发展研究专项度项目申报指南文档格式.docx

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按照分步实施、重点突出原则，2019年拟优先支持11个方向，国拨总经费2.7亿元。

本专项的项目执行期一般为5年。

原则上所有项目应整体申报。

指南方向1–7，每个指南方向拟支持1~2个项目，须覆盖相应指南研究方向的全部考核指标，下设课题数不超过4个，每个项目参与单位数不超过6个。

指南方向1–7，原则上只立1项，仅在申报项目评审结果相近、技术路线明显不同的情况下，可同时支持2个项目，并建立动态调整机制，根据中期评估结果确定后续支持方式。

指南方向8–11为青年科学家项目，不设课题，每个指南方向拟支持不超过5个项目。

申报单位根据指南支持方向，面向解决重大科学问题、突破关键技术及建立规模化资源共享平台进行整体设计、合理安排课题；

项目负责人应具备较强的组织管理能力。

1.面向聚变堆高比压放电破裂预警、控制与缓解研究

研究内容：

针对未来ITER和CFETR运行模式，依托HL-2A/M和EAST装置，在高性能等离子体（N>

2.8）和低动量注入条件下，研究磁流体不稳定性特别是多磁岛非线性演化及其控制手段的物理基础，深入理解等离子体破裂与逃逸电子的产生机理，特别是芯部与边界模式耦合在破裂中的作用。

发展与破裂预警、缓解密切相关的高时空分辨诊断技术，结合智能算法对各种破裂事件进行预测；

发展控制等离子体破裂和逃逸电子的有效快速响应技术。

提高实时破裂缓解技术的可靠性和效率，实现高效的破裂控制和缓解。

考核指标：

（1）在归一化比压N>

2.8条件下，磁岛测量精度<

1cm；

建立准确率大于90%、预警时间3~10ms的破裂预警系统；

（2）实现破裂期间瞬态热负荷、晕电流和逃逸电流等幅度降低到未控制情况下的50%，破裂控制和缓解成功率>

95%；

（3）新经典撕裂模实时控制时间小于50ms，百千安培级逃逸电流的主动耗散时间<

10ms。

2.面向聚变堆高性能等离子体中快粒子物理实验研究

针对ITER和CFETR高性能稳态运行，依托HL-2A/M和EAST装置，在高约束模（βN>

2.5，H98>

1.1）等离子体中，实验研究快粒子的动力学行为；

发展与快粒子物理相关的诊断技术，探索快粒子损失的机理。

结合理论与模拟，开展快粒子及其驱动的不稳定模式对本底等离子体输运过程影响的实验研究；

运用局域加热或电流驱动等手段缓解快粒子损失，为聚变堆中快粒子的约束、输运和损失研究与控制提供重要数据和参考。

（1）在快粒子比压βf>

1%的条件下，确定快粒子驱动的不稳定性所导致的快粒子损失份额；

所发展的快粒子损失诊断系统能量分辨率∆E小于5keV，螺距角分辨率小于3°

，快粒子通量时间分辨率小于2微秒，中子扰动时间分辨率小于10微秒;

（2）成功实施对快粒子驱动多模不稳定性的控制，实现快粒子损失份额相比无控制减少70%以上。

3.聚变堆高性能稳态脱靶运行模式与小幅度边缘局域模（ELM）的兼容性研究

依托EAST和HL-2A/M装置，在大功率加热、低动量注入和金属壁条件下，探索具有稳态高约束性能芯部等离子体且与偏滤器脱靶相兼容的小幅度或无ELM运行模式；

开展其形成条件和芯部高约束模式（H模）与边缘输运垒/偏滤器脱靶相兼容的机理研究；

为具有小幅度或无ELM的CFETR稳态脱靶高性能运行模式提供物理基础。

（1）获得偏滤器部分脱靶条件下的自发小ELM稳态等离子体，ELM对内能扰动幅度小于2%，约束性能H98>

1.1；

（2）在大于粒子平衡时间的尺度上，重复实现考核指标

（1）的稳态运行；

（3）无ELM的H模运行时间大于5倍电流扩散时间。

4.聚变堆等离子体无量纲归一化参数区稳态运行模式实验验证研究

针对ITER和CFETR集成运行条件和无量纲归一化参数目标，依托EAST和HL-2A/M装置，集成相关加热/加料组合、等离子体控制方法，在类ITER和CFETR运行条件下，获得ITER和CFETR稳态运行模式归一化参数范围的等离子体；

并在远大于等离子体电流扩散时间尺度上，验证ITER和CFETR稳态运行模式的物理可行性，并为ITER和CFETR加热组合方式的选择提供参考。

（1）获得ITER和CFETR稳态运行模式主要无量纲归一化参数范围的等离子体：

q95=5~6.5，ne/nG=0.5~0.85，ν*=0.02~0.05，Te/Ti=1~1.5，H98=1.0~1.3；

（2）在考核指标

（1）条件下，等离子体维持时间大于20倍电流扩散时间；

（3）获得聚变堆高比压运行模式主要无量纲参数范围的等离子体：

βN>

2.5，归一化回旋半径ρ*=0.005~0.01。

5.氘氚聚变等离子体中磁流体过程的理论和模拟研究

针对未来聚变堆氘氚运行和燃烧等离子体物理设计需要，开发用于模拟alpha粒子与磁流体模式相互作用过程的数值模拟程序，开展高能量增益氘氚聚变条件下alpha粒子物理过程和燃烧等离子体韧致/回旋辐射对磁流体平衡和稳定性的影响、alpha粒子输运和排灰过程研究。

（1）开发出拥有完全独立自主知识产权、用于模拟未来聚变堆氘氚运行等离子体的大规模磁流体+alpha粒子数值模拟程序；

（2）计算、模拟alpha粒子及韧致/回旋辐射效应与各种磁流体模式（包括各种本征模）相互作用过程，给出CFETR主要运行模式下平衡剖面和磁流体稳定性分析，并评估alpha粒子输运和排灰对平衡和粒子控制的影响。

6.基于非线性回旋动理学的氘氚聚变等离子体约束改善理论和模拟研究

针对ITER运行和CFETR设计需要，依托国内现有大型托卡马克装置，开展氘氚聚变等离子体约束改善的理论和数值模拟研究。

开发用于模拟氘氚聚变等离子体输运过程的非线性回旋动理学程序，并完成验证；

模拟研究聚变等离子体湍流非线性演化和输运；

研究内部输运垒的形成机制、边缘局域模的稳定性和非线性演化及其对输运垒性能的影响。

（1）开发出拥有完全独立自主知识产权的回旋动理学湍流大规模数值模拟程序，模拟氘氚聚变条件下等离子体湍流非线性演化和输运，预测ITER和CFETR中等离子体的反常输运；

（2）通过理论和数值模拟预测内部输运垒的形成和性能，并同实验进行比较验证。

7.长脉冲高功率射频四极管关键技术研究

在消化吸收ITER1.5MW长脉冲四极管技术的基础上，开展国产大功率射频四极管的设计与模拟计算、关键技术预研，四极电子管研制，集成和整管调试；

所研制的长脉冲高功率射频四极管在相关发射机平台上进行实验。

形成长脉冲兆瓦级射频四极管的生产工艺规范，建立测试平台，提供满足以下参数的四极管样管:

（1）末级电子管2只,工作频率为50~150MHz，射频输出功率不低于1.5MW，推动功率小于100kW，运行方式为连续波；

（2）陶瓷金属四级管2只，工作频率小于150MHz，射频输出功率为100kW，推动功率小于5kW，运行方式为连续波。

8.高参数托卡马克装置刮削层/偏滤器物理过程若干关键问题研究

针对ITER国际托卡马克物理活动（ITPA）关注的刮削层/偏滤器物理问题，依托我国EAST和HL-2A/M托卡马克实验装置，通过实验、理论、数值模拟，针对刮削层/偏滤器物理过程中若干关键科学问题开展研究。

考核指标（完成下列目标之一）：

（1）在类ITER无量纲参数条件下的刮削层/偏滤器物理实验或理论研究方面获得重要进展；

（2）在类ITER无量纲参数条件下的等离子体与器壁相互作用实验或理论研究方面取得重要进展；

（3）发展出一种偏滤器靶板热负荷过程诊断的新方法或新技术；

（4）发展出一种偏滤器靶板热负荷缓解的新方法或新技术；

（5）建立刮削层/偏滤器区输运过程新模型并开发出相关的数值模拟程序。

9.聚变堆条件下台基物理的若干关键问题研究

针对ITER国际托卡马克物理活动（ITPA）关注的台基物理问题，依托我国EAST和HL-2A/M托卡马克实验装置，通过实验、理论、模拟，针对边缘局域模及台基的基本物理问题开展研究。

（1）在托卡马克边缘局域模控制机理实验或理论研究方面获得重要进展；

（2）在杂质对台基影响方面取得重要实验或理论研究成果；

（3）在改善约束模（I模）台基结构和边界弛豫过程的实验或理论研究方面取得重要进展；

（4）在刮削层和偏滤器结构影响L-H转换功率阈值及台基形成的实验或理论研究方面取得新突破；

（5）在碰撞率对密度和温度台基结构的影响实验或理论研究方面取得新进展。

10.大尺寸光学级金刚石制备、封接相关技术研究

为满足研制长脉冲大功率回旋管的需求，开展大尺寸光学级金刚石厚膜制备技术和性能测试方法研究，以及金刚石膜片金属化和金刚石微波窗封接技术研究。

（1）研制出直径110~120±

5毫米、抛光后厚度1~2±

0.1毫米，表面粗糙度≤10纳米金刚石厚膜，热导率≥2000W/m·

K，抗弯强度≥310MPa金刚石厚膜2~5片，形成金刚石材料质量表征技术；

（2）建立金刚石薄膜窗口金属化和焊接的工艺和规范，研制出窗片直径100mm、厚度1.36mm、通径63.5mm的微波窗2件，微波窗驻波系数<

2，真空漏率<

1×

10-11Pa∙m3/s，中心损耗角正切值tanδ≤5×

10-5。

11.辐照损伤条件下聚变堆材料中氢同位素滞留/渗透行为的研究

针对未来聚变堆中各种材料（面向等离子体材料、结构材料及涉氚材料等）的具体服役工况（等离子体辐照、中子辐照，氢同位素环境等协同作用），研究辐照损伤下聚变堆材料中氢同位素滞留/渗透等行为的演变规律；

开展辐照损伤下材料中氢同位素滞留/渗透性能的实验与测试；

探索研发既抗辐照又具有较强抑制氢同位素滞留/渗透的聚变堆新材料。

（1）在中子辐照损伤条件下聚变堆材料中氢同位素滞留/渗透等行为的理论研究、模拟计算方面取得重要进展；

（2）在等离子体轰击下聚变堆材料中氢同位素滞留/渗透等行为的理论研究、模拟计算方面取得重要进展；

（3）获得中子（或离子）辐照下离位损伤对材料中氢同位素滞留/渗透性能影响的重要实验进展；

（4）研发出既抗辐照又具有较强抑制氢同位素滞留/渗透的面向等离子体材料或聚变堆结构材料；

（5）研发出具有低氚滞留、良好氚相容性和抗辐照的聚变堆氚包容新材料。