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我国成功研制ITER首个大型超导磁体线圈

[ 时间:2019-11-11 20:54:36 ]

新华社合肥9月21日电(记者张合)安徽省合肥融安电力公司厂房内,静静地停放着一个巨大的线圈,线圈形状酷似中国古代的和石比,总重量相当于两架波音747飞机。不久之后,中国科学院合肥材料科学研究所等离子体物理研究所开发的iter计划的第一个大型超导磁体线圈——极场6线圈(pf6 coil),将经过巢湖,经过太平洋、印度洋和地中海,到达法国的iter站点。这意味着iter在中国成功开发的第一个大型超导磁体线圈已经完成并交付使用。

iter项目由欧盟、美国、日本、俄罗斯、中国、韩国和印度共同承担,是当今世界上最大的多边国际科技合作项目之一,也是未来实现商业聚变能源的关键一步。作为iter中国工作组的重要单位之一,等离子已经承担了导体、校正场线圈、超导馈线、电源、诊断等的采购包。,占中国iter采购包任务的近80%。

极场6超导线圈(Polar Field 6超导线圈),又称“pf6线圈”,由合肥等离子物理研究所开发,位于iter实验堆超导磁体底部。它由缠绕成双扁平结构的九个线圈体(铌钛超导导体)和一系列支撑附件组成,总重量为400吨,相当于两架波音747飞机的重量。用于缠绕线圈的Nbti(铌钛)超导导体长约13.5公里,缠绕线圈主体外径约11.2米,线圈呈饼状结构,看起来像中国古代赫哲比。Pf6线圈是世界上最大、最难开发的超导磁体。能量储存是东部最大的极场磁体的60倍。

Pf6线圈不仅具有类似线圈的主要功能,还具有保证极场磁场配置和提供等离子体单零偏置滤波器配置的重要功能。PF6线圈是一个非常重要的大线圈部件,它是第一个安装在所有iter磁体中的部件,并且在单个磁体重量最重、匝数最多的极场超导线圈中,在技术上很难制造。因此,pf6线圈能否按计划成功开发和现场安装以确保正常运行,将决定等离子体能否“点燃”并保持等离子体的稳态“燃烧”,这直接决定了iter计划的成败和2025年iter实验堆第一次等离子体放电的主要工程节点。

为了成功完成pf6线圈的生产制造任务,等离子研究所pf6项目组先后解决了线圈高精度双饼双线缠绕、大尺寸高刚性导体的精确冷成型、复杂空间结构氦进出管的自动焊接、低损耗超导接头制造和低温电测试、超大截面线圈绝缘双饼真空压力浸渍处理、加热固化等诸多核心技术问题。特别是为了满足超导线圈绝缘对低温电阻(负269℃)、辐射电阻、高压电阻(30,000伏)和高机械性能的要求,线圈绕组应采用绝缘真空压力浸渍工艺处理,无任何可见杂质、气泡、裂纹等缺陷。对于直径大于10米、重量为400吨的超级线圈,这种“零缺陷”要求对树脂注射、脱气和固化过程以及线圈外部尺寸的精确控制是一大挑战。

经过两年多的顽强拼搏,pf6团队成功完成了9块双饼和1块实验双饼的保温浇注,成功掌握了核心技术,完美实现了既定的“零缺陷”技术目标。在6年的线圈开发过程中,pf6线圈的所有关键制造工艺和部件都一次性通过了iter国际集团认证。双饼制造合格率达到100%,超导接头性能明显优于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,实现了生产设备的完全国产化,还开发和完善了超导磁体制造的标准和相关规范,先后培育了10多个专用标准,为我国未来聚变堆标准的建设提供了有益的参考。

据悉,pf6项目不仅实现了中欧合作技术和管理人员的高度融合、真诚合作,为国际合作建立了良好的相互信任和相互支持的氛围,还成功推动了我们国内的技术、产品质量和管理经验走向国外,促进了中欧在供应商层面更多的互动与合作,促进了其他国内技术或设备的出口。pf6线圈项目的成功完成为中欧共同推进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合作的深度和广度提供了成功范例。

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