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中国新一代“人造太阳”实验装置在蓉启动安装
发布时间:2019-06-06 08:15:15来源:成都日报访问量:
访问量:345
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6月5日,揭开面纱的中国环流器二号M主机线圈 


主机线圈系统内部 图据人民日报客户端

昨日的蓉城,无疑是全球最“热”的地方——伴随着主机线圈系统的交付,位于四川成都的我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”的全面工程安装拉开序幕。该装置总体安装完成后,国际领先的“人造太阳”实验装置将在成都诞生。

中国环流器二号M装置是我国大型常规磁体托卡马克聚变研究装置。该装置意在通过可控热核聚变方式,给人类带来几乎无限的清洁能源,俗称“人造太阳”。该装置有望将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培,等离子体温度将超过2亿摄氏度。

温度超过2亿摄氏度

中国新一代“人造太阳”启动总体安装

“人造太阳”装置中的等离子体的温度可以达到1亿摄氏度以上,比太阳的温度都要高上10倍,然而目前没有任何已知材料能抵挡这样的温度。科学家们想了一个办法,用磁场把一团高温(上亿摄氏度)高压的等离子体“火球”悬浮起来,跟周边的任何材料不接触,这时就可以对等离子体加热、控制,以实现受控聚变反应而释放能量。

在核工业西南物理研究院(以下简称核西物院),有一个专门的装置来“盛放”这一团火球,这就是中国的“人造太阳”装置——中国环流器二号A装置(HL-2A)。中国环流器二号A装置于1999年正式动工建造,2002年12月通过验收。此次启动总体安装的最新一代的中国环流器二号M装置,比中国环流器二号A装置规模大、参数高,采用了更先进的结构与控制方式,有望将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培,等离子体温度将超过2亿摄氏度,用于开展聚变堆相关关键物理与工程技术研究,为我国参与国际热核聚变实验堆(ITER)实验与运行以及自主设计建造未来聚变堆提供重要技术支撑,并培养核心骨干人才。

“就像拼积木一样,中国环流器二号M装置的零部件和系统都已建成,正式进入拼装阶段,安装完成后,通过系统联合调试,就可开展物理实验。”核西物院相关负责人介绍,装置总体安装将由华西集团四川省工业设备安装集团有限公司接棒,建成后,中国新一代、国际领先的“人造太阳”实验装置将在成都诞生。

控制等离子体位形所需要的磁场

主机线圈偏差半径保持在一个毫米以内

记者了解到,该装置有三大核心部件。今年1月通过验收的30万千伏安立式脉冲发电机组系统,是“充电宝”,为其提供源源不断的电能;今年3月运抵核西物院的主机真空室是等离子体直接运行场所,为等离子运行提供超高真空的清洁环境;5日交付的主机线圈系统由环向场线圈系统和极向场线圈系统组成,主要功能是产生用以约束等离子体、产生初始等离子体、维持等离子体以及控制等离子体位形所需要的磁场。

“此次交付的中心柱是人造太阳环流器装置的核心部件主机磁体线圈的基础,它的交付成功才意味着整个装置的安装的启动。”核西物院聚变科学所工作人员蔡立君介绍,由于装置内的等离子的温度超2亿摄氏度,是任何材料都无法承受的,所以必须要通过一个磁场来约束这些等离子体,使其不碰到装置内部的部件上,而磁场的提供者就是线圈。“由于线圈的体积和直径较大(最大可达六米),高度距离地面在4米到8米之间不等,因此保持线圈的精准定位挑战很大。为了能够提供准确的磁场位形,要求线圈的定位精度偏差在1毫米以内,比如同轴度半径。”

记者了解到,主机线圈系统由东方电气集团东方电机有限公司(简称“东方电机”)制造,其中心柱的研制是整个线圈系统最具挑战性的任务,线圈中心柱由20组环向场线圈中心段组件和中心螺旋管CS线圈装配而成,总体重量约90吨。“中心柱制造难度大,工艺精度要求极高,高冲击载荷条件下运行寿命要求不低于10万次,在国内尚属首次,没有现成的工艺和设备借鉴,制造技术完全自主化。”东方电机相关负责人说。

什么是“人造太阳”?

即在地球上建造一个装置,该装置通过可控热核聚变方式,模拟太阳发光发热释放能量,给人类带来几乎无限的清洁能源,俗称“人造太阳”。

中国环流器“变身”历程

中国环流器一号装置(HL-1)(1984年-1992年):开展了八年等离子体实验研究,取得了400多项科研成果。

中国环流器新一号装置(HL-1M)(1994年-2001年):以中国环流器一号(HL-1)装置为基础改建而成,其主要目标是开展高密度和高功率辅助加热和电流驱动实验。

中国环流器二号A装置(HL-2A)(2002年-2019年):我国第一个具有先进偏滤器位形的非圆截面的托卡马克核聚变实验研究装置,正在使用中。

中国环流器二号M装置(HL-2M)(2019年-):是HL-2A的改造升级装置,即将投入使用。

总工程师杨青巍揭秘中国环流器二号M装置:真空室内温度上亿 室外温度却正常


杨青巍

核聚变产生能量到底有多大呢?“有个形象且相对准确的说法就是——1升海水通过聚变反应产生的能量相当于300升汽油。”中国环流器二号M装置总工程师杨青巍介绍,而且核聚变反应的完美之处在于:反应产物仅为惰性气体氦,无毒无害;即便运行过程中也可以即关即停,极少产生放射性废物或不可控负面效果;原料容易获得,毕竟聚变反应所需元素广泛地存在于海水中,而“地球上什么都缺,最不缺的就是海水”。

他介绍,目前全世界最大的核聚变计划叫作国际热核实验堆计划(简称ITER),有七方参与。其中,中国承担了9%的研发任务,覆盖了ITER的部分核心部件研发。

“即将建成的中国环流器二号M装置是国际领先的‘人造太阳’实验装置。”他说,该装置包括主机真空室、主机线圈系统和主机支撑系统等,其中主机真空室是等离子直接运行场所,为等离子体运行提供超高真空的清洁环境,主要由内壳、外壳、加强筋板和各种形式的窗口组成。“有趣的是,主机真空室内的温度达到上亿摄氏度,而一壳之外的主机真空室外温度却是正常的。”(记者 宋妍妍 摄影 李冬

原标题:挑战2亿℃ 中国新一代“人造太阳”实验装置在蓉启动安装

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