2022年夏天，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所（Max Planck Institute for Plasma Physics, IPP）的托卡马克装置ASDEX Upgrade在完成其最后一次实验后正式停机。如今，历经两年改造升级工作后，装置最早将会在本月底重新启动。
一、装置概览
ASDEX Upgrade（Axially Symmetric Divertor Experiment Upgrade）：即轴向对称偏滤器试验升级版。该装置于1991年开始运行，位于德国IPP Garching Branch，现如今已是德国最大的托卡马克实验装置。
IPP成立于1960年，隶属于马克斯·普朗克学会。其研究领域包括高温氢等离子体在磁场中的限制、等离子体加热、等离子体诊断、磁场技术、数据采集和处理、等离子体控制、等离子体理论、材料研究和等离子体-壁相互作用等方面。除了ASDEX Upgrade外，IPP还运行着世界最大的仿星器装置Wendelstein 7-X。
二、研究领域
ASDEX Upgarde是一个实验性的托卡马克聚变研究设备，旨在为国际热核聚变实验堆（ITER）和未来的聚变发电站DEMO提供物理基础。装置通过匹配等离子体密度、等离子体压力和壁面负荷等关键等离子体属性，来模拟未来聚变电厂的条件。研究领域包括：
- 等离子体中的粒子和能量传输、等离子体湍流
- 偏滤器和热排除研究
- 等离子体不稳定性的研究
- 开发优化的等离子体方案，以协调高等离子体密度和高等离子体压力与中等边缘不稳定性
- 测试偏滤器物理、湍流和等离子体输运的理论模型
- 第一壁材料研究
三、突出特点
- 特殊的偏滤器设计：ASDEX Upgrade采用并不断优化先进的轴向对称偏滤器设计，通过额外的磁场将环形等离子体的外缘导向底部的水冷板上，以去除等离子体中的杂质，同时保持中心等离子体的热绝缘。
- 多样化的等离子体加热与电流驱动系统：ASDEX Upgrade配备了多种等离子体加热与电流驱动系统，包括欧姆加热（OH）、中性束注入（NBI）、离子回旋共振加热（ICRH）和电子回旋共振加热（ECRH），从而产生超过1亿度的高温等离子体。
- 先进的诊断和控制：ASDEX Upgrade拥有一系列复杂的测量设备来观察等离子体，以及一个高度灵活的集成控制和数据采集系统，该系统也符合ITER的需求。
- 持续操作能力：ASDEX Upgrade展示了在几乎不依赖变压器的情况下进行长时间等离子体放电的能力，这对于实现聚变电厂的连续运行是一个重要的步骤。
- 避免等离子体中断：ASDEX Upgrade开发了智能控制算法来避免等离子体中断，这对于保护聚变反应堆免受损害至关重要。
- 钨覆盖的内部：ASDEX Upgrade的内部大部分被钨覆盖，这有助于模拟聚变电厂中的材料环境，并研究等离子体与材料的相互作用。
四、核心参数
ASDEX Upgrade装置核心参数为：等离子体大半径1.6m，小半径0.5m/0.8m，磁场强度3.2T，等离子体电流1.4MA，加热功率27MW，等离子体体积13立方米。
五、重要里程碑
-1981年，ASDEX Upgrade概念研究工作启动。
-1982年，申请第一阶段优先支持获得EURATOM批准。
-1983年11月，申请第二阶段优先支持获得批准。
-1984年，主要部件（等离子体容器、磁体线圈及其支撑结构）的第一份制造合同签订。
-1988年5月，ASDEX Upgrade组装工作启动。
-1990年秋季，组装工作完成，调试工作开始。
-1991年3月，ASDEX Upgrade产生第一个等离子体。
-1992年，无线电波加热实验启动。
-1992年6月，在第1593次放电实验中，等离子体首次达到H状态。
-1993年，中性束注入加热实验启动。
-1993年，弹丸注入系统投入运行，通过注入冷冻氢弹丸实现燃料加注。
-1994年，用于局部等离子体加热的微波加热投入运行（目标包括抑制不稳定性、集中加热）。
-1996年，第一壁的表面采用全钨替代原本的碳纤维，并成功验证了高质量的等离子体和钨作为第一壁材料，在带有偏滤器的托卡马克装置中是可以相互兼容的。
-1997年，通过优化的热排除装置升级了偏滤器，即封闭式的Divertor II（Lyra shape）。
-1998年，中性束注入加热实验第二阶段启动，加热功率从16MW增加到26MW。
-1998年，发现一种能够改善隔热性的等离子体操作模式，即“改进的H方案”。
-2000年，在无变压器的条件下，成功实现等离子电流驱动。
-2003年，偏滤器升级为Div-IIb偏滤器，使用了全部具有钨涂层的CFC面向等离子体部件。
-2004年，等离子体能量达到1.5MJ的新记录。
-2005年5月，ASDEX Upgrade成功实现第20,000次放电。
-2007年，更换了最后一块碳素砖，成为世界上第一个也是唯一一个第一壁完全由钨覆盖的装置。
-2010年，在等离子体容器壁上安装磁体控制线圈，以减少扰动的不稳定性（ELM）。
-2014年，ASDEX Upgrade将偏滤器进一步改进为Div-III，下偏滤器区域的镀钨碳素块被全钨块取代。
-2014年，安装了偏滤器机械手，用于更换下偏滤器部件。
-2015年，安装了两套离子回旋共振加热（ICRF）天线。
-2018年，世界上最强大的托卡马克微波加热装置在ASDEX Upgrade开始运行。
-2020年，成功开发了准连续热排除方式。
值得关注的是，中国科学院等离子体物理研究所也曾参与过ASDEX Upgrade项目。2012年，等离子体所成功中标ASDEX Upgrade装置的两套离子回旋加热（ICRF）天线研制项目。第一套天线在2013年6月顺利通过验收并交付，次年第二套天线也顺利通过验收并交付。2020年12月3日，等离子体所离子回旋团队成功中标ASDEX Upgrade装置高功率离子回旋射频发射机（HIGH POWER VHF Amplifier）研制项目。这些充分展示了等离子体所在磁约束聚变装置建设和关键部件设计研制及加工制造方面的专业能力和国际合作水平。
参考资料：
- https://www.ipp.mpg.de/16195/asdex
- https://www.ipp.mpg.de/16208/einfuehrung
- https://www.ipp.mpg.de/16340/stand
- https://www.ipp.mpg.de/3982101/meilensteine
- http://ferd.ipp.ac.cn/display.php?id=30
- https://lssf.cas.cn/lssf/eastcd/xwdt/202012/t20201209_4559132.html