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每日速遞:“人造太陽”關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施主體工程建設(shè)開啟“加速度”

初冬時節(jié),走進位于合肥市郊三十崗的合肥綜合性國家科學(xué)中心大科學(xué)裝置集中區(qū),國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施”建設(shè)如火如荼,主體工程“進度條”全力推進。


(資料圖片)

“目前已經(jīng)完成100余個關(guān)鍵里程碑建設(shè)任務(wù)及核心部件的設(shè)計、預(yù)研和測試驗證,從子系統(tǒng)的實驗室研發(fā)測試階段進入到部分關(guān)鍵部件的研制和現(xiàn)場集成及調(diào)試階段。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院劉志宏研究員告訴科技日報記者。

聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施正在加快建設(shè)。

國際核聚變領(lǐng)域參數(shù)最高的綜合研究平臺

聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施(CRAFT)是合肥獲批綜合性國家科學(xué)中心后,首個落戶大科學(xué)裝置集中區(qū)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。該設(shè)施目標(biāo)是建成國際核聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究及測試平臺。

自CRAFT設(shè)施主體工程開工以來,中科院合肥研究院等離子體所核聚變大科學(xué)團隊在材料綜合性能研究、超導(dǎo)導(dǎo)體性能研究、超導(dǎo)磁體、聚變堆真空室、偏濾器部件、等離子體與材料相互作用、輔助加熱系統(tǒng)、遙操作系統(tǒng)、配套支撐系統(tǒng)等方面開展核心技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。目前,CRAFT設(shè)施主體工程建設(shè)正酣,關(guān)鍵子系統(tǒng)和大型測試平臺研制取得階段性重要進展。

在聚變堆園區(qū)11號科研廠房,一個高度20米,外形似“橘子瓣”狀的實驗平臺已經(jīng)基本落成,這就是CRAFT設(shè)施1/8真空室及總體安裝實驗平臺。

1/8真空室及總體安裝實驗平臺即將建成投入使用。

該平臺為D型截面雙層殼體結(jié)構(gòu),總高20米,D型截面高11米,最大環(huán)向直徑19.5米,最小環(huán)向直徑5.7米。真空室殼體選用50毫米厚的超低碳不銹鋼材料,總重達5600噸。

“這個1/8真空室樣件平臺在研制過程中形成了40多項專利技術(shù),發(fā)展和掌握了聚變堆真空室建造過程中諸如精密成型、柔性自動化焊接、相控陣超聲無損檢測以及大視場激光準(zhǔn)直測量等關(guān)鍵技術(shù),并為遙控操作系統(tǒng)提供一個全尺寸的安裝模擬平臺?!表椖控撠?zé)人劉志宏帶領(lǐng)團隊正在進行最后的部件總裝。劉志宏表示,預(yù)計1/8真空室及總體安裝實驗平臺明年初啟用。

關(guān)鍵部件全部自主研制,為點亮“人造太陽”打基礎(chǔ)

聚變堆園區(qū)8號科研廠房的恒溫潔凈車間內(nèi),環(huán)向場線圈繞制生產(chǎn)線剛剛竣工完成。該生產(chǎn)線主要由導(dǎo)體放送系統(tǒng)、導(dǎo)體校直系統(tǒng)、在線超聲清洗系統(tǒng)、導(dǎo)體噴砂與清洗系統(tǒng)、導(dǎo)體連續(xù)彎繞機、線圈繞制回轉(zhuǎn)平臺等設(shè)備通過自動控制系統(tǒng)聯(lián)動控制組成,開展聚變堆級全尺寸D形線圈的制造驗證。

大型環(huán)向場線圈繞制生產(chǎn)測試平臺已經(jīng)建成。

此環(huán)向場線圈采用全球首創(chuàng)的高、中、低場三個子線圈堆疊和套裝組成,繞制后的線圈輪廓度和平面度不超過1.5毫米的嚴苛要求,給繞制工作帶來很大難度。

“我們采用無張力繞制技術(shù)對超導(dǎo)導(dǎo)體進行連續(xù)精密繞制?!表椖控撠?zé)人文偉研究員說,“完成了復(fù)雜輪廓繞制運動軌跡模擬、無張力連續(xù)推彎成形、截面氦管自動焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)研究,掌握了核心技術(shù)?!蹦壳?,線圈繞制生產(chǎn)線的安裝和聯(lián)調(diào)測試已經(jīng)完成,用于首個認證件繞制的900余米長的全尺寸導(dǎo)體也已就位,即將開展線圈繞制工藝驗證,為后續(xù)工作奠定成熟技術(shù)和工藝基礎(chǔ)。

CRAFT負離子源中性束注入系統(tǒng)因射頻饋入穩(wěn)定性要求高、束引出面積大、連續(xù)運行時間長、負離子產(chǎn)生難且易損失的典型特征而挑戰(zhàn)巨大。

單驅(qū)動負離子束源是CRAFT負離子束源系統(tǒng)研究的基礎(chǔ),主要用于研究負離子產(chǎn)生、引出和加速技術(shù),對負離子束源的研制有重要的意義。項目團隊一直針對未來聚變堆中性束注入系統(tǒng)研制過程中的大面積負離子產(chǎn)生、引出、加速、束傳輸和調(diào)控等核心技術(shù)開展研究,分別開展了射頻放電鍛煉、負離子產(chǎn)生、引出和加速研究,通過參數(shù)優(yōu)化最高獲得204 A/m2的負離子引出,并實現(xiàn)穩(wěn)定可重復(fù)的105秒長脈沖負離子束。

“這些技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn),標(biāo)志著我國成為國際上少數(shù)掌握強流射頻負離子源核心技術(shù)的國家?!表椖控撠?zé)人謝亞紅研究員說,這些研究工作和關(guān)鍵技術(shù)的突破,也為聚變堆高功率負離子源中性束注入系統(tǒng)的研制提供了重要保障。

聚變堆園區(qū)13號北大廳是偏濾器等離子體與材料相互作用研究平臺的所在地,這里將建成國際上參數(shù)水平最高的直線等離子體裝置及其輔助系統(tǒng),可產(chǎn)生聚變堆偏濾器所要承受的穩(wěn)態(tài)大束流等離子體,推動面對等離子體部件的研發(fā)。

項目負責(zé)人周海山研究員帶領(lǐng)團隊已經(jīng)完成平臺物理和工程設(shè)計工作。周海山介紹,“我們在測試臺上取得了連續(xù)24小時運行的偏濾器靶板束流密度等離子體的新紀(jì)錄,驗證了關(guān)鍵部件的穩(wěn)定性。這些關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),將為后續(xù)材料測試平臺的調(diào)試和運行積累寶貴經(jīng)驗,為CRAFT偏濾器研究系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。”

此外,偏濾器部件測試平臺、聚變遙操作測試平臺、輔助加熱系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、環(huán)向場大型超導(dǎo)磁體熱處理系統(tǒng)、中心螺管模型線圈磁體測試系統(tǒng)等子系統(tǒng)研制正在加快進行。110kV終端變電站及附屬供配電系統(tǒng),由內(nèi)循環(huán)外循環(huán)和冷凍水系統(tǒng)組成的水冷系統(tǒng)等配套支撐系統(tǒng)已經(jīng)建成并投入運行。

自CRAFT設(shè)施項目開工以來,中科院合肥研究院等離子體所核聚變大科學(xué)團隊立足自主創(chuàng)新,克服重重困難,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)加快推進園區(qū)工程和設(shè)施主體工程建設(shè)。

核聚變大科學(xué)團隊始終聚焦聚變堆建設(shè)運行的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)難題,瞄準(zhǔn)加快聚變能開發(fā)和應(yīng)用進程,加快推動聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施建成國際最先進的大型綜合性測試平臺,為未來聚變堆關(guān)鍵工程技術(shù)研發(fā)和建設(shè)運行保駕護航。

(中科院合肥研究院供圖)

關(guān)鍵詞: 等離子體 系統(tǒng)綜合 設(shè)施主體 工程建設(shè) 核心技術(shù)

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