法国南部ITER核聚变设施的工程师们已将最后一个真空室扇区模块安装到其中心装配空间,标志着这座实验性托卡马克反应堆一个关键结构性阶段的完成。

此次安装于7月22日在一场行业聚会上进行,该聚会汇集了政府官员、研究人员和企业合作伙伴,共同了解该项目的技术进展。

新安装的单元是全部九个扇区模块中的一个,这些模块将组成中央托卡马克坑内甜甜圈形状的主密闭结构。一旦所有九个单元全部组装完成,组装后的钢制真空室总重约5000公吨。其核心功能是维持一个超高真空环境,为被磁场约束、加热至超过1亿摄氏度的等离子体提供隔热隔离环境。

每个扇区模块都是一个复合单元,而非单纯的容器分段。在安装到中央坑之前,主真空容器扇区会与热屏蔽板和深冷磁性组件连接在一起。

精密工程:实现等离子体约束

内层钢制外壳隔绝热传递,从而保护在接近绝对零度环境下工作的外部超导磁体。这些磁体产生强大的磁场,用于使过热等离子体被箍缩、稳定并悬浮,远离反应器内壁。

然而,不受约束的等离子体柱一旦接触到固体表面,就会瞬间将其摧毁。因此,所有相邻扇区之间都必须保持精确的机械几何形状,以确保磁场的均匀性。

HD现代在新闻稿中表示:“尽管每个真空容器扇区都是超大型结构,高11.3米、宽6.6米、重约400吨,却要求极高的制造精度,以确保与其他扇区实现无缝组装。”

尽管尺寸如此之大,接头表面却要求达到毫米级精度,以便在最终环闭合期间实现精确的连续焊接。制造工艺还必须满足法国核承压设备法规、国际核标准以及ITER内部工程控制要求。

依托精炼工艺

依托精炼工艺

HD现代重工业承担了全部九个扇区中四个的制造任务,运用了最初为大型船体和海上工业设施开发的制造工艺。该公司最初于2010年获得了分配给韩国的两个扇区的订单,后来于2016年又接手了最初分配给欧盟的另外两个扇区。四个扇区已于2024年全部交付完成。

用于ITER的制造工艺直接沿用了早期聚变项目中打磨完善的技术。该公司此前曾参与韩国国内聚变研究平台KSTAR的建设,该平台于2007年建成。在KSTAR项目中,工程师设计并建造了主要结构部件,包括其超高真空容器和外部低温恒温器外壳。

在KSTAR真空边界焊接过程中,团队积累了控制重型钢材变形的经验,这些经验直接指导了后来制造更厚、更复杂的ITER部件段所用的工装和质量控制方法。

ITER这一更大规模的合作项目仍是由韩国、欧盟、美国、日本、中国、俄罗斯和印度共同参与的联合项目,旨在评估持续核聚变发电的可行性。