中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所

1、中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所2010年年终课题绩效考评报告考评类型 实施过程课题考评R 完成结果课题考评课题名称 等离子体控制和数据采集 项目编码 组织实施单位 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所 上级主管部门 中国科学院合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所制2011年 1月 5日填 报 说 明 一、本报告由该课题的组织实施单位组织填写，所有内容必须客观真实。 二、封面填写说面1.“考评类型”：在考评所属类型后的方框内划。2.“课题名称”：须与所核定的课题名称一致。3.“课题编码”：按所计财办开题时的课题编号填写。 三、报告内容编写说

2、明1.“课题类型”：在课题所属类型后的方框内划。2.“课题起止时间”：须与课题任务书文本中的时间一致。3.“课题简介”：内容包括课题主要实施内容、实施方案、预期目标、课题/部门简介及人员结构等，以任务计划书为参照。4.“课题开展和执行情况”：对照课题目标对实际执行完成的数量、质量、进度和实施的效果等进行分析。目标调整的，要分析实际实施与计划不一致的原因。5.“课题成就和效益”： 1）. 课题研究和学术成果或效益；如开展科学实验情况，重要成果及其对科技、社会、经济发展的促进作用；2）.论文、获奖、专利情况等。3）交流与合作，如国内、外重要合作项目与结果，重要会议与学术交流情况等。4）人才培养情况

3、；5）.自我评价，如在学科发展中的位置和水平，在国际竞争中的位置和水平等。6.“经费支出情况”： 1）.预算执行情况及其与预算批复的相符情况、经费结余或超支情况及原因说明；2） 实际支出调整情况；3）. 项目经费支出其它情况说明等。（本栏目填写困难的，可以粗略填写。）7.“存在问题及建议”： 对课题执行中存在的问题进行分析，并提出整改的计划安排或建议。8.“今后任务计划安排和经费预算”：2010年的课题任务计划和经费预算。9. 年中绩效考核报告报计财办，同时报送电子文本。书面材料与电子文本内容必须一致。课题负责人肖炳甲/季振山/沈飙职称：研究员联系电话：3350课题类型课题起止时间课题总投入金

4、额 万元其中:中央财政拨款 万元课题实际到位金额 万元其中:中央财政拨款 万元课题实际支出金额 万元其中:中央财政拨款 万元课题负责人及成员姓 名年龄专业技术职务文化程度投入人年在研项数项目中的分工肖炳甲44研究员博士1全面负责、等离子体控制季振山46高工本科1协助负责，总控负责沈飙39副研博士1协助负责，电磁测量负责周志英55高实大专1网络负责，室务协助王枫33副研博士1数据采集，新技术负责王华忠35副研博士1数据采集负责袁旗平31助研博士1PCS钱金平33博士1等离子体运行孙晓阳29助研博士1总控系统王萍31研实硕士1实验信息管理系统负责李实28助研博士0.5数据采集王勇30助研博士1微电

5、子注：表格的行数不够时，可根据所需填写的内容增加。一、课题简介包括项目主要实施内容、实施方案、预期目标、课题/部门人员结构等，请以任务计划书为参照。保证稳定可靠的电磁测量诊断；实现稳定的偏滤器位形的等离子体控制；保证物理诊断和数据分析需要的数据采集和存储，发展数据服务，满足日益增长的数据可视化和数据分析的需要；保证稳定可靠的总控和安全连锁。二、课题开展和执行情况对照课题目标对实际执行完成的数量、质量、进度和实施的效果等进行分析。目标调整的，要分析实际实施与计划不一致的原因。年初的任务书内容及其完成情况如下课题任务书的目标是1. 控制系统与采集满足100s的放电需求完成情况：实际放电已经达到10

6、0s，采集系统和控制系统满足要求。控制系统和采集系统可以满足200s以上的放电需求。2. 等离子体控制完成单零控制算法 完成情况：完成了上单零、下单零等磁通控制算法的程序实现和实际等离子体控制实现（典型炮号：35180（上单零）、35300（下单零）上单零算法的控制原理和效果图上图左：PCS中预期的等离子体位形，上图右：实际达到的反演位形和控制点（´号）下图：从上至下:等离子体电流、环电压、垂直位移和快控线圈电流下单零算法的控制原理和效果图上图左：PCS中预期的等离子体位形，上图右：实际达到的反演位形和控制点（´号）下图：从上至下:等离子体电流、环电压、垂直位移和快控线圈电

7、流3. 在新内部结构下稳定的等磁面DN、SN控制；实现结果：很遗憾的是，由于诸多原因，在新的内部结构下，尤其只有单匝快控线圈的情况下较难获得稳定可重复的高参数偏滤器等离子体。本年度的第二轮实验证明，在目前的EAST结构下，较容易获得稳定的偏滤器等离子体放电。4. 偏滤器位型下单道弦平均密度的反馈控制，在有多道密度数据的情况下尝试不同位置的弦平均密度控制；完成情况：今年实验一开始就为弦平均密度的反馈控制。可惜没有多通道的可靠的密度数据。5. 实现并研究在兆瓦级加热和电流驱动条件下等磁面的控制及对位形控制的优化；完成情况：EAST已实现1MW以上的LHW加热和500 kW以上的波加热，并且实现了H

8、-mode。等离子体位形是稳定可控的。6. 研究Start-up&Terminating，实现偏滤器位形下的软着陆，在低杂波辅助下实现低于0.15 V/m的环向电场下的启动。实验证明：在大多数的偏滤器位形放电中，等离子体是很容易实现软着陆的。低杂波辅助下的启动已经实现0.15 V/m的启动。7. 技术研究工作跟踪IT先进技术 研究网络数据库、实时显示、低延时网络和网络加速技术、即时消息传递技术、反射内存网络、XML等在控制系统和数据服务中的应用；完成情况：1) 实时数据显示已经通过反射内存卡在EAST控制室得到了应用，显示放电波形、等离子体磁面和CCD。2) 网络加速技术已经应用在DI

9、II-D与EAST交换数据上。3) 即时消息传递技术有了雏形（刘连忠博士论文的一部分）4) XML技术也已获得了初步应用，用于EAST的三维诊断虚拟可视化（党宁硕士论文）8. 完成好重点基金、面上项目、青年基金、研究院人才基金、973预演等课题。完成情况：1-7项内容为本项目给出了较好的答案。9. 在经费许可情况下完成网络改造，达到国内一流实验室和研究所应有的水平完成情况：经费仍在期望中。10. PXI采集完成系统选型和方案设计完成情况：PXI采集系统已经用于EAST实验诊断数据采集（96通道，250K SPS同步采集）11. 实时长脉冲数据采集服务完成方案设计完成情况：将用分片存储MDS的方

10、式实现对现有数据采集模式的转变，原理测试已经完成。将在升级采集网络和采集存储的基础上实现高总采样率（因为据估计，总采样率将高达500 MB/s,现有的存储和网络构架不能满足需求）的长脉冲采集。12. 经费许可，配合总控室改造，做好实时显示的方案设计 完成情况：所里本年度无此项安排。13. 人才培养：15硕士，15博士 已顺利毕业若干名，还有约30位在读。14. 基金申请：1-2项申请数 申请数为2，可惜未中15. 文章发表：> 20总数量：22篇以上为任务书内容，此外，还完成了以下研究工作在物理研究方面，开展以下工作：1. 等离子体控制A、 提出了垂直位移控制新算法，并且得到了验证。解耦

11、了快控线圈对快速垂直位移的控制，为2010秋季后段实验和今后实验做了控制上的准备。Ref： shot 36695上图左：在双零算法控制下的两个separatrix间的距离设为-14 cm，用新的Z控制算法得以实现稳定的放电。在此之前的控制算法只能保证距离在-3 cm以内。右图示出该炮的等离子体电流、滤波后的Z误差量，Z的实际值和快控线圈电流，可以看出在过渡区之后，快控线圈上的电流平稳并且控制在1 kA以下，为垂直位移的波动保留了更多的控制裕度。B、 总结了EAST位形与打击点的关系，在此基础上，修改了DIII-D PCS中的打击点控制算法，实现了EAST上的打击点控制。（典型炮号：36769）

12、上图左：36679炮实现上下内靶板打击点控制的典型时刻的内打击点控制结果图上图右：36679炮的各控制segment的控制误差。2. 等离子体放电模拟1) TSC模拟成功地预演了实验， References：a) Y. Guo, “TSC Simulation and Prediction of Ohmic Discharge in EAST ”IAEA FEC 2010,submitted to Nucl Fusionb) EAST等离子体电流上升及伏秒消耗的优化研究, 刘成岳（导师：肖炳甲），博士学位论文，20102) 伏秒数的优化研究初步开展了伏秒数的优化研究，结论为慢的电流Ip爬升率消

13、耗更多的伏秒数，由于受到超导线圈额定电流和额定电流变化率KA/s的限制，综合分析，在优化伏秒消耗的同时获得优化的等离子体电流爬升率为 MA/s。References：a) EAST等离子体电流上升及伏秒消耗的优化研究, 刘成岳（导师：肖炳甲），博士学位论文，20103) XLOC边界重建XLOC反演在上一年度的基础上无论从精度和时间上得到了很大的改进。References：报告或文章在整理中3. 电磁测量和等离子体运行研究电磁测量较好地满足了等离子体控制和运行的需要，全面参加了EAST 两轮实验。特别地做了如下改进：1） 针对上一轮实验中存在的罗柯接受极向场杂散信号，需要硬件进行补偿的情况，对

14、罗柯进行改进和优化，等离子体电流的精确度有了进一步的提升；2） 逆磁测量线圈结构优化及算法改进 a) 对逆磁及补偿线圈由于真空室烘烤等引起的骨架变形造成短路 或断路等现象，进行了结构优化，在本轮实验中信号良好。 b) 对逆磁信号标定、杂散信号扣除等算法进行改进，在不同的放电条件下（OH,LHW,ICRF）均获得可靠的内能和BETAP等测量结果。3） 极向场线圈罗柯更换, 改进极向场线圈电流测量罗柯，包括罗柯线圈加工、安装位置调整、引线及绝缘方面的改进等。为控制和运行提供了准确可靠的信号。4） 真空室内部探针维修 维修了部分损坏的小探针、HALO电流罗柯等测量线圈。5） 电磁测量探针标定在工程调

15、试阶段，通过对各个极向场线圈通电对所有安装的探针进行严格标定。优化最小二乘拟合算法，以获得良好的收敛结果。通过标定，罗柯线圈误差小于1%，单匝环1%，小探针3%。References：a) 磁探针参数的标定，戴晓静，沈飙，刘广君，核聚变与等离子体物理，第30卷第4期，2010，150-1544. MHD研究 研究EAST放电过程中的MHD行为，采用傅里叶变化与SVD分解相结合的方法，分辨单模、复合模等各种放电条件下的模式结构。 对各种运行条件下的MHD行为进行统计分析。在技术研究方面，开展以下工作1. 独立自主完成了一系列的等离子体控制算法实现1) RZIP过渡区算法2) 电磁测量的信号检定算

16、法已获得验证3) 基于高通滤波的垂直位移控制算法实现4) 打击点控制软件实现5) 电磁测量漂移补偿的控制实现2. EASTSCOPE改进增加了相关信号通道和采集设置以适应新的采集和信号配置的需要3. 工程实验数据共享和显示系统改变了信号接收和存储机制，使得工程数据显示无故障运行（显示端），并能存取工程数据的脉冲类型。建立了工程数据树，可以用MDSPLUS数据工具下载和浏览。References:基于MDSplus的EAST工程数据获取及显示,杨飞，肖炳甲等，微计算机信息，Vol.26,No.5,2010,P.20-224. 长脉冲下的EAST数据采集实现了100秒以上级的长脉冲采集，实时存取实

17、现正在进行中。5. EASTviewerEASTVIEWER继续改进，可安装在多平台上，实现EFIT（RT or Offline）数据和重要等离子体参数和电磁测量数据的可视化。可以显示更多的电磁及其他诊断信息。References：EASTVIEWER软件，张睿瑞，报告或文章在整理中6. Offline efit与RTEFITRtefit与offline在多数情况下有一致的结果。7. 发展了基于PXI的同步采集技术单机箱96通道250 Ksps的PXI移动采集已用于诊断数据采集。8. 实验信息管理系统网页建立和完善；并初步实现了EAST装置和部分诊断的可视化。References：a) htt

18、p:/202.127.205.1/east_msb) 虚拟EAST系统的设计与实现，党宁宁，硕士学位论文，9. 总控硬件系统更新研究了基于PXI的中央定时系统，使得中央定时的精确度和可靠性均有非常大的提高。已全程用于2010秋季实验，没有发生一次触发错误或故障。10. 积分器更新完成了差分积分器的改进工作，并在2010秋季实验中得到验证，有望在下轮实验中用于等离子体控制。所内相关主页维护内部主页、所主页References：相关主页11. webscope发展改进得以持续，初步完成了类似Google Map式的分级根据网络流量的快速浏览模式，极大地提高了外网数据浏览速度References：1

19、2. ITER Plant Control Simulation首期任务已经完成，出色的工作成绩，受到ITER codac的高度赞赏，并且得到了总额为15万 Euro的后续合同，并且为我们首先全面接触iter 关键CODAC技术打开了方便之门。三课题成就和效益1. 课题研究和学术成果或效益；如开展科学实验情况，重要成果及其对科技、社会、经济发展的促进作用。较好地完成了EAST全年的实验任务.尤其在等离子体控制上的进展使得EAST至少在等离子体边界控制方面进入了世界前列。2论文、获奖、专利情况等。发表论文共22篇（含会议论文），目录见第二项3交流与合作，如国内、外重要合作项目与结果，重要会议与学术交流情况等。参加国际会议：IAEA FEC2010、CUP桂林会议合作：春季实验开展了与DIII-D在等离子体控制的合作4人才培养情况； 现约20研究生在读，本年度毕业5个博士,硕士5人5.自我评价，如在学科发展中的位置和水平，在国际竞争中的位置和水平等。尽心尽力。等离子体控制上的进展使得EAST至少在等离子体边界控制方面进入了世界前列。四、经费支出情况1.预算执行情况及其与预算批复的相符情况、经费结余或超支情况及原因说明；2 实际支出调整情况；3. 项目经费支出其它情况说明等。五、存在问题及建议对课题执行中存在的问题进行分