國際「人造太陽」總裝工程啟動 中國鎢業功不可沒

7月28日，國際「人造太陽」ITER（國際熱核聚變實驗堆）總裝工程在聖保羅正式啟動，這意味著人類探索未來清潔能源及應對氣候變化的重大進展。據中鎢在線了解，中國鎢業為這項事業做出了功不可沒的貢獻。

ITER計劃組織總幹事比戈表示，中國將以其快速的工程反應和科研進步，成為各合作方中兌現國際承諾的典範。

國際「人造太陽」ITER裝置圖片

ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導託克馬克，俗稱「人造太陽」，是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。而鎢材料的設計與研發是中國對該項目的重要支持之一。

鎢具有高熔點、高熱導率、低氫吸附、低物理濺射率、高濺射閾值能量、低燃料滯留、低中子活化與抗輻射損傷等優異特性，是聚變實驗堆及示範堆中承受高熱負荷的面向等離子體材料(PFM)的首選，通常應用於偏濾器的內外靶板位置，以及作為偏濾器上的診斷探針。

鎢偏濾器圖片

ITER裝置是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形裝置。它的中央是一個環形真空，外面圍繞著線圈，當通電時其內部會產生巨大螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高溫度，以實現受控核聚變。受控核聚變通過控制燃料氘與氚粒子聚變反應輸出清潔安全能源，將成為解決人類能源與環境問題、推動人類社會可持續發展的重要途徑之一。

面向等離子材料是實現高溫等離子體穩定運行與核聚變實驗堆計劃成功的關鍵因素之一。偏濾器部件是ITER裝置放電過程中控制雜質和燃料再循環、排出來自中心等離子體的熱流和粒子流以及氦灰的重要部件。在開展了多年的研發工作之後，ITER最終在2015年初討論決定採用全鎢偏濾器的設計。

鎢偏濾器圖片

鎢偏濾器將等離子體與第一壁進行隔絕並且對流入雜質進行屏蔽，作為與高溫氣體直接接觸的金屬。鎢探針主要是用來測量偏濾器靶板附近等離子體的溫度、密度和離子循環等相關信息。

作為高溫等離子體外圍的第一道屏障，鎢材料需要經受束流密度高達10^24m^2/s得D/T（氘/氚）等離子體輻照，10MW/m2左右瞬態熱衝擊，以及高能14 MeV的聚變中子輻照。極端惡劣的工作環境決定了對鎢材料設計和製造的高標準和高要求，比如鎢材應具備較強的韌性，以緩解鎢的輻照脆性、再結晶脆性和低溫脆性，從而提高其在中子/熱流/離子輻照下的性能。

根據中鎢在線了解，為了使鎢材的各方面性能滿足偏濾器的要求，國內鎢企業不斷向高質量和高技術的方向探索，並且其產品的加工能力與適應能力得到業界的高度認可。

鎢偏濾器圖片

據悉，國際上首次鎢偏濾器在核聚變實驗裝置上的投入運行是在2014年，由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所（簡稱「合肥研究院」）在中國「人造太陽」EAST上實現。此後該所分別在2015年與2016年完成了法國原子能委員會WEST託卡馬克實驗裝置以及ITER裝置的鎢偏濾器高熱負荷測試。這意味著合肥研究院在鎢偏濾器部件方面的研製取得一次又一次的突破。

而ITER鎢探針（朗繆爾探針）是中國承擔的採購包項目之一，由中核集團核工業西南物理研究院和國內鎢企業共同承擔。據了解，整個「人造太陽」裝置中將安裝約400個探針。2019年初，ITER朗繆爾探針組件首批鎢部件在法國ITER執行中心正式交付，並運往德國、日本和荷蘭的實驗室進行測試，成為進入測試的首批基礎性部件。

ITER鎢探針圖片

當然，除鎢以外，中國在其他材料技術方面也為ITER裝置做出了巨大貢獻。如合肥研究院承擔了計劃中的導體、校正場線圈、超導饋線、電源、診斷、總裝等採購包的研製工作；中國國際核聚變能源計劃執行中心、核工業西南物理研究院以及國內相關企業完成了首批環向場線圈支撐部件、首批1號極向場線圈支撐系統部件、以及第二批校正場線圈支撐部件的驗收交付工作。這三個批次部件將應用於ITER裝置的磁體支撐系統。

據了解，國際熱核聚變實驗堆託卡馬克裝置的首個組裝部件——外層杜瓦底座，已在今年5月底吊裝成功，預計整個總裝工程將持續4到5年。目前，國際熱核聚變實驗堆計劃已設定目標，在2025年產生第一束等離子體。