全球最大「人造太陽」實驗裝置關鍵部件中國造!我國成為當今唯一實現批量生產鎢銅部件的國家

2020-09-23 江淮晨報

合肥綜合性國家科學中心國際科技合作項目取得重要進展 。9月22日,由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所承擔研製的國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃校正場首批線圈竣工交付,即將運送至法國ITER現場。

校正場超導磁體系統,是ITER主機重要部件之一,主要用來補償線圈製造、接頭、引線及裝配誤差而導致的磁場誤差。

「ITER主磁體的建造過程中會存在一些難以避免的誤差,在運行中,必須要消除或儘可能減少這些誤差帶來的影響。」合肥研究院裝置主機工程研究室室務委員衛靖介紹,這些校正場線圈,將校正實驗中的磁場誤差,保證實驗目的達成。

校正場超導磁體系統共計18個線圈,製造工藝涉及到超導、低溫、絕緣、材料、焊接、無損檢測、電測試等多學科領域。2010年,等離子體所憑藉過硬的科研實力,獲得了為ITER研製校正場超導磁體的合同,承擔該系統全部的設計工藝開發和研製。項目團隊十年磨一劍,依靠自主創新,掌握了大尺寸無張力非圓截面磁體高精準繞制、三維曲面超導線纜成型等關鍵技術,所研製線圈的多項技術與性能指標國際領先。

「此次校正場首批線圈的按時交付非常重要。」國際熱核聚變實驗堆組織總幹事貝爾納·比戈表示,校正場首批線圈的按時交付,為裝置的總裝工程,打下非常重要的基礎。

「ITER 校正場超導磁體系統共有18個線圈,此次交付的是首批兩個線圈,其餘線圈正加緊研製中,計劃在2022至2023年全部實現交付。」衛靖表示。

國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃是當今世界規模最大、影響最深遠的國際大科學工程,由中國、歐盟、俄羅斯、美國、日本、韓國和印度7方共30多個國家共同合作建設。ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導託卡馬克,俗稱「人造太陽」,其目的是通過建造反應堆級核聚變裝置,驗證和平利用核聚變發電的科學和工程技術可行性,對從根本上解決人類共同面臨的能源、環境和社會可持續發展問題具有重大意義。

位於合肥的中科院合肥研究院等離子體物理研究所作為ITER中國工作組重要單位之一,從2009年開始,承擔了導體、校正場線圈、超導饋線、電源、診斷、總裝等採購包任務,佔中國承擔ITER採購包任務的絕大部分。今年7月28日,由該院等離子體歷時6年研製成功的國際上重量最大、難度最高的超導磁體PF6線圈交付至ITER現場,對於ITER整個計劃進度,起到積極的提速推進作用。

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9月22日,由合肥研究院等離子體所承擔的法國WEST裝置(核聚變實驗裝置)偏濾器關鍵部件項目——456件鎢銅串部件,也宣告全部竣工,將交付給法國原子能委員會磁約束聚變研究所,安裝到法國託卡馬克WEST裝置上。

WEST裝置是法國原子能委員會正在升級改造的一個全鎢偏濾器超導託卡馬克。偏濾器部件是WEST裝置的核心部件,對其實現長脈衝高參數運行及其主要科學目標起到關鍵作用。

偏濾器部件直接面對高溫等離子體輻照,要承受強粒子流和高熱流的衝擊,服役環境苛刻、製造工藝複雜,難度大、要求高。2018年通過國際競標,合肥研究院等離子體所獲得承擔WEST裝置456件鎢銅部件的研製任務。項目團隊依靠自主創新,基於EAST裝置偏濾器部件研發基礎,突破了高性能軋制鎢材料批量化生產瓶頸,掌握了鎢與銅及鉻鋯銅多層熱等靜壓複合等一系列關鍵技術,此次鎢銅偏濾器部件的交付將促使WEST裝置建設和運行進入全新階段。

合肥研究院相關人士介紹,通過承擔WEST裝置偏濾器國際合作項目,使我國成為當今國際上唯一實現批量生產鎢銅部件的國家。

中法科技合作源遠流長,近年來,合肥研究院等離子體所與法國聚變研究機構在離子迴旋天線和偏濾器部件研製、遙作業系統開發、聯合物理實驗、託卡馬克長脈衝運行研究等方面開展了卓有成效的合作並取得了豐富成果。當前,中法在聚變研究領域的合作已經成為兩國科技合作的標誌性領域之一,越來越成為中法和中歐國際科技合作的典範。

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