作者:沈春蕾 秦经刚 来源:中国科学报 发布时间:2016/1/4 14:15:43
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ITER计划里的中国力量


 

①科技部、安徽省科技厅、合肥物质科学研究院的领导和专家与团队成员


 

②纵场线圈

■本报记者 沈春蕾 通讯员 秦经刚

在法国卡达拉舍有一个正在建设的核聚变实验堆,它模仿恒星制造能量的过程——将小的原子合并成较大的原子,此过程中可以释放出清洁、安全和取之不竭的核能。

这个聚变反应堆叫国际热核聚变实验堆(ITER),ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克,俗称“人造太阳”。

2015年11月,ITER计划中国首个采购包——纵场线圈(TF)导体采购包竣工。“TF导体采购包是中国科学院等离子体物理研究所(以下简称等离子体所)承担的首个ITER采购包。”等离子体所所长万宝年告诉《中国科学报》记者。

自2004年以来,等离子体所作为国内主要承担单位参与了ITER计划,并通过国际招标竞争承担了多项高难度的核心任务,在这项全球规模最大的国际科研合作项目中展现了中国的科研力量。

介入:研发与合作

聚变能具有资源无限,不污染环境,不产生高放射性核废料等优点,是人类未来能源的主导形式之一。ITER计划是实现聚变能商业化的重要手段。

ITER计划于1988年开始实验堆的研究设计工作,工程设计于2001年完成。2003年我国参加ITER计划谈判,2006年中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定,启动实施ITER计划。

ITER的建造大约需要十年,耗资五十亿美元(1998年值)。合作承担ITER计划的七方成员包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家,覆盖的人口接近全球一半。

据悉,等离子体所是世界上第一个建成全超导托卡马克的单位,拥有丰富的工程经验。ITER装置将是世界上最大的托卡马克装置。托卡马克装置的核心是超导磁体,超导导体又是磁体的关键部件,也是技术含量非常高的部件。

2006年等离子体所开始了ITER导体的预研工作,是最早介入ITER部件研发的单位。

ITER导体项目负责人、等离子体所研究员武玉告诉《中国科学报》记者:“2009年,我们与ITER中心签订了ITER TF 认证导体合同,这也是中国首个签订的国内ITER部件合同。”

其中,ITER TF导体由于其技术含量高,成为谈判初期各方竞相争取的采购包,它是ITER 137个国际采购包中唯一由六方(欧、美、日、韩、俄、中)共同承担并提供相同元件的采购包。

承担:制造和交付

2009年,中国的第一个ITER导体短样在瑞士测试成果,并创造了ITER TF导体性能的世界最高记录。

等 离子体所主要承担着ITER超导导体的制造和交付工作。2011年底,等离子体所完成并交付了ITER计划中国制造任务的首件产品“ITER环向场 (TF)超导导体”,这也是中国ITER采购包的首件正式产品。时任等离子体所所长李建刚指出:“中国的ITER导体生产实现了100%国产化。”

2015年,随着最后一根中国TF认证导体顺利通过ITER计划指定的唯一测试机构瑞士SULTAN实验室的性能测试评估,标志着中方承担的所有导体实验和测试圆满完成。

据悉,自2009年5月29日的TFCN1导体实验到2015年5月22日TFCN6导体实验结束,中国提交的26个导体实验样品都是一次性顺利通过SULTAN测试。

“我们共承担三个导体采购包,分别TF导体采购包,PF导体采购包,CC和Feeder导体采购包。”

武玉介绍,“目前,TF导体采购包、CC和Feeder导体采购包今年完成。PF导体采购包主要有四种导体,分别为PF2,PF3,PF4,PF5,按照ITER进度计划,PF2和PF5导体已全部完成,PF导体完成了约50%。”

突破:技术和人才

我国虽然在聚变工程领域取得了优异的成绩,但对于大型超导导体来讲,国内很多的技术仍然属于空白状态。

武玉指出:“虽然等离子体所在建造EAST(先进实验超导托卡马克)装置时发展了相应的超导导体技术,但这种技术对ITER导体来讲,还远远不够。”

异型导体成型机是项目组自主研发的关键设备。导体成型过程中,挤压成型力将近30吨。中方承担的异型导体总共60根,约50000米。最短的单根导体长度超过500米,单根导体要求一次连续挤压成型结束,不能使导体产生缺陷。

“初始设计的成型机是基于小尺寸导体的基础上改进的,生产第一根认证导体时就出现了轮组破裂,导体表面损伤的情况。为此,我们暂停了异型导体的制造工作。”

当年,国际上,只有日本和意大利有同样的设备,属于特种设备,国外对此技术封锁。经过慎重考虑,等离子体所ITER导体项目组决定自主研发新型异型导体成型机。

项目组联系了国内多家科研单位与大型装备制造公司,通过了多次技术论证与评审。经过半年时间,完成了样机的研制,并进行了多次实验和200米假导体的试生产,对结果进行分析,优化设计,最终完成了导体成型机的研制。

如今,这台自主研发导体成型机已经连续挤压完成了38根异型导体的生产任务,性能稳定。

大型导体技术涉及多个专业,包括超导、低温、材料、无损检测、焊接、流体力学、机械设计等。针对人才短缺的现状,等离子体所从培养人才做起,ITER团队成 立之初不超过20人,然后每年从高校、研究所、技术院校引进年轻人才,进行专业培训。目前团队已经超过80人,90%以上是80后的青年人才。

 

《中国科学报》 (2016-01-04 第5版 创新周刊)
 
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