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我国成功研制ITER首个大型超导磁体线圈 发布时间:2019-09-23 来源:光明日报

  光明日报合肥9月21日电(记者常河)一个外形酷似中国古代和氏璧、总重相当于两架波音747飞机的巨大线圈静静停放在安徽省合肥熔安动力公司的车间内。不久之后,这个由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担研制的国际热核聚变实验堆ITER计划首个大型超导磁体线圈——极向场6号线圈(PF6线圈)就将通过巢湖,经太平洋、印度洋、地中海,抵达法国ITER现场。这意味着我国成功研制的ITER首个大型超导磁体线圈竣工交付。

  由欧盟、美、日、俄、中、韩、印七方共同承担的国际热核聚变实验堆ITER计划是当今世界最大的多边国际科技合作项目之一,是实现未来商业用聚变能的关键一步。作为ITER中国工作组的重要单位之一,等离子体所承担了导体、校正场线圈、超导馈线、电源、诊断等采购包,占中国承担ITER采购包任务的近80%。

  由合肥等离子体物理研究所研制的极向场6号超导线圈,又称“PF6线圈”,位于ITER实验堆超导磁体的底部,由9个绕制成双饼结构的线圈本体(铌钛超导导体)以及一系列支撑附件组成,总重高达400吨,相当于两架波音747飞机的重量。该线圈绕制所采用的NbTi(铌钛)超导导体长约13.5公里,绕制完成的线圈主体外径约11.2米,呈饼式结构,外形酷似中国古代的和氏璧。PF6线圈是国际上研制成功的重量最大、难度最大的超导磁体,储能是EAST装置最大极向场磁体的60倍。

  PF6线圈除具备同类线圈主要功能外,还具有保证极向场磁场位形、提供等离子体单零偏滤位型的重要功能,是所有ITER所用磁体中装置极向场超导线圈中制造技术难度大、单体自身重量最重、匝数最多最大、必须首个安装到位的超重要大型线圈大部件。因此,能否成功研制PF6线圈并如期完成现场安装,确保正常运行,将决定是否能够“点亮”等离子体并维持等离子体的稳态“燃烧”,直接决定ITER计划以及2025年ITER实验堆第一次等离子体放电这一重大工程节点的成败。

  为圆满完成PF6线圈生产制造任务,等离子体所PF6项目团队相继攻克线圈高精度双饼双线并绕、大尺寸高刚性导体精确冷成型、复杂空间位形氦进出管自动焊接、低损耗超导接头制造与低温电测试、超大截面线圈绝缘双饼真空压力浸渍处理及其加热固化等诸多核心工艺难题。特别是为了满足超导线圈绝缘体耐低温(零下269℃)、抗辐射、耐高压(3万伏)以及高力学性能需求,线圈绕组在经过绝缘真空压力浸渍工艺处理后,应保证其内无任何可见杂质、气泡和裂纹等缺陷。对于直径超过10米、重400吨的超级线圈来说,这种“零缺陷”要求,是对数以吨计的树脂注入、脱汽和固化工艺以及线圈外形尺寸精密控制提出的极大挑战。

  通过两年多的顽强拼搏,PF6团队顺利完成9个双饼和1个实验双饼的绝缘浇注工作,成功掌握了该项核心技术,完美实现“零缺陷”的既定技术目标。6年的线圈研制过程中,PF6线圈所有关键制造工艺及部件全部一次性通过ITER国际组认证,双饼制造合格率达100%,超导接头性能显着优于ITER技术要求。PF6线圈的成功制造不仅打破了发达国家在这一领域的技术壁垒,生产设备实现了全国产化,同时还发展和完善了超导磁体制造的标准和相关规范,先后孕育出十余项专项标准,为我国未来聚变堆标准建设提供了有益参考。

  据悉,PF6项目不仅实现了中欧合作双方技术和管理方面的人员高度融合,精诚合作,建立起相互信任、相互支持的国际合作良好氛围,也成功推动了我们的国产技术、产品质量和管理经验走出国门,带动起中欧双方供应商层面的更多互动和协作,促进了其他国产技术或装备的输出。PF6线圈项目的圆满完成,为中欧双方共同推进ITER项目建设与合作积累了宝贵经验,也为今后进一步拓展中欧核聚变能源领域合作的深度和广度提供了成功范例。

  《光明日报》( 2019年09月22日?04版)