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中核集团聚变第一壁成果引欧美驻足 “人造太阳”指日可待
来源:中核集团     发布日期:2017年11月03日

2017年,随着阿斯塔纳世博会中国馆的开馆,以“中国聚变能源开发与‘国际热核聚变实验堆(ITER)计划’”为核心的展项,引得全世界参观者一阵“点赞”。事实上,从2006年中国政府、欧盟、美国、俄罗斯等7方共同签署协定参与ITER研究工作以来,中国的聚变科学家就从未停止向世界讲述中国核聚变能源的故事。

2016年12月12日,由中核集团核工业西南物理研究院自主研发制造的国际热核聚变实验堆计划的核心部件——超热负荷屏蔽包层第一壁原型件率先通过国际权威机构?#29616;ぁ?#21313;年积淀,中国科学家用这一技术领域的突破,推动人类“人造太阳”的逐梦之旅又向前迈进了一?#20581;?/p>

国际竞技:迎难而上

“核聚变是人类解决能源问题的最好方案之一”这一观念早已是共识。ITER计划集成了当今国际受控磁?#38469;?#26680;聚变研究的主要科学和技术成果,被认为是实现核聚变必不可少的一?#20581;?004年前后,中国启动加入ITER计划的协商,希望通过ITER计划提升我国国际合作的层次,提高大型国际科学工程项目的建设、管理、运行和维修经验,并为今后聚变事业的发展打下人才基础。

协议签署之后,中国承担了 ITER 装置 10%的制造任务。核工业西南物理研究院承担其中大部分的涉核项目,包括最重要的一项——屏蔽包层第一壁的设计与制造任务。众所周知,核聚变产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似,因此也有了“人造太阳”的美名。核聚变要求创造上亿度的高温环境,而要构建起“人造太阳”的核心,就需要用特殊的材?#29616;?#36215;一道“防火?#20581;保?#26469;抵御装置内部上亿度的高温环境。核西物院承担的这项任务,处于?#20174;?#22534;最核心位置,直接面对高温聚变物质,因而被称为?#20174;?#22534;的“第一壁”。无疑,这是ITER交给中方的一项高难度作业。

根据 ITER 计划的设计方案要求,第一壁要承受?#31185;?#31859;4.7兆瓦的热量,这?#36127;?#21487;以?#24067;?#23558;一公斤的钢铁融化。“在研发之初,根本没有任?#25105;?#31181;材料可以承受住这样的超高温。我们需要研发一种前所未有的复合材料。”从接到任务开始,核西物院第一壁研究负责人谌继明就知道,他和他的团?#26377;?#35201;从无到有地走出一条路。而除了材料研发,在质量检测方面,他们必须通过国际权威机构的?#29616;ぃ?#36825;就意味着研发过程的每一步都必须建立起与国际相接轨的标准。

困难重重,压力巨大。但参与国际项目,其背后的意义不言而喻。“世界上有很多国?#20197;?#30740;?#31354;?#31181;材?#24076;?#22914;果我们不尽快研发出来,就没有办法与 ITER 签署采购协议。

更有可能,我们会在国际上失去这个领域的话语权。这与中国加入ITER 计划的目标背道而驰。”毫无疑问,在这场世界舞台的竞技?#28909;校?#35852;继明和他团队必须迎难而上。

技术攻关:创下“中国速?#21462;?/strong>

第一壁的研发每一步都是难关,但明知山有虎,偏向虎山行。核西物院第一壁研发团队坚持创新、一路攻坚,最终勇闯难关,创下国际竞技中的“中国速?#21462;薄?/p>

谌继明告诉记者,他们所制造的第一壁由三种材料复合组成,分别是铍、铜和不锈钢。如果你认为只是把这三种材料简单压制在一起,就能够制成新的抗辐射、耐高温的材?#24076;?#37027;就太想当然了。

如何突破铍铜材料的连接技术?这是第一壁团队首先要突破的难题。刚开始国内外都没有可参考的经验,样品试制全部失败了。团?#29992;?#26377;因此而气馁,他们将可能的影响因素列出,一个个排查原因:假设过问题出在铍材,于是千山万水去全世界寻找合适的铍材;假设过问题出在材料结构,于是抽真空、加压力;假设过问题出在包套强度,于是反?#35789;?#39564;……试验、失败、讨论、研究新工艺,两百多个日夜,连续 40 多?#36136;?#39564;,这群人连轴转,谁都没有怨言。狭路相逢勇者胜,最终团队在不断试验中?#19994;?#20102;解决问题的方法,铍铜连接的成功?#23460;?#19979;提高到90%以上!

本以为两百多天的?#20013;?#22859;斗可以迎来全胜,但又一个“拦路虎”摆在了眼前:ITER 要求焊缝全焊透,同时背面无?#23665;Α6约?#20809;焊接而言,这两个要求是相悖的。当?#20445;?#22269;内外同行曾断定这根本不可能实现,甚至提出修改技术要求。

“变不可能为可能?#20445;?#22242;队成员又有了新目标。他们顾不上休息,又投入到新一轮技术攻关中。在大量的工艺试验和不断总结规律之后,团队创造性地提出了一种防?#23665;?#21561;气焊方法,成功满足了 ITER 的要求,也顺利保证了产品的质量。

一路披荆?#37117;?#20013;国的第一壁研发率先通过国?#20107;?span style="text-indent: 2em;">证,出产品、出成果、出人才。如今,走进核西物院实验?#23548;洌?#25670;在眼前的不仅仅是一个个闪耀着金属光泽的成品,还有一支整体专业水平和创新能力大大提高的团队。而这一成功也在国内外产生?#21496;?#22823;的反响。央视《新闻联播》给予连续报道;俄罗斯同行在得知中国已解决?#23435;?#39064;后,表达了高度的关注和钦佩,并数次邀请中国团队提供技术帮助;日本、欧盟等国家组织也先后与团队联系,想到中国的实验室参观、学习。除此之外,技术攻关所形成的成果?#27493;?#25552;升目前国内激光焊所能达到的最大能力,并为其它的大型加工生产任务服务。

十年磨一剑,一招试锋芒。在中国加入ITER计划的第十年,核西物院用这份优异的成绩单,展示了中国在世界聚变舞台上日益崛起的力量。据了解,除了第一壁部件率先通过ITER组织的?#29616;ぃ?#26680;西物院负责的中子屏蔽包层模块全尺寸原型件也率先通过了验证。此外,在设计、特殊材料研制、材料连接技术、关键部件制造技术和试验检测技术等方面,核西物院也取得了多项突破,为ITER装置的建造提供了保证,也为中国自主设计建造聚变堆奠定了坚实的基础。同?#20445;?#22312;人类向“终极能源”前进的道路上,从?#26696;?#38543;”到 “领跑?#20445;?#36825;群聚变科学?#19968;?#22312;不断探索,为推动人类聚变研究不断实现跨越式发展努力。


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