6月5日，揭開面紗的中國環流器二號M主機線圈
主機線圈系統內部 圖據人民日報客戶端
昨日的蓉城，無疑是全球最“熱”的地方——伴隨著主機線圈系統的交付，位於四川成都的我國新一代可控核聚變研究裝置“中國環流器二號M”的全面工程安裝拉開序幕。該裝置總體安裝完成後，國際領先的“人造太陽”實驗裝置將在成都誕生。
中國環流器二號M裝置是我國大型常規磁體託卡馬克聚變研究裝置。該裝置意在通過可控熱核聚變方式，給人類帶來幾乎無限的清潔能源，俗稱“人造太陽”。該裝置有望將等離子體電流從我國現有裝置的1兆安培提高到3兆安培，等離子體溫度將超過2億攝氏度。
溫度超過2億攝氏度
中國新一代“人造太陽”啟動總體安裝
“人造太陽”裝置中的等離子體的溫度可以達到1億攝氏度以上，比太陽的溫度都要高上10倍，然而目前沒有任何已知材料能抵擋這樣的溫度。科學家們想了一個辦法，用磁場把一團高溫（上億攝氏度）高壓的等離子體“火球”懸浮起來，跟周邊的任何材料不接觸，這時就可以對等離子體加熱、控制，以實現受控聚變反應而釋放能量。
在核工業西南物理研究院（以下簡稱核西物院），有一個專門的裝置來“盛放”這一團火球，這就是中國的“人造太陽”裝置——中國環流器二號A裝置（HL－2A）。中國環流器二號A裝置於1999年正式動工建造，2002年12月通過驗收。此次啟動總體安裝的最新一代的中國環流器二號M裝置，比中國環流器二號A裝置規模大、參數高，採用了更先進的結構與控制方式，有望將等離子體電流從我國現有裝置的1兆安培提高到3兆安培，等離子體溫度將超過2億攝氏度，用於開展聚變堆相關關鍵物理與工程技術研究，為我國參與國際熱核聚變實驗堆(ITER)實驗與運行以及自主設計建造未來聚變堆提供重要技術支撐，並培養核心骨幹人才。
“就像拼積木一樣，中國環流器二號M裝置的零部件和系統都已建成，正式進入拼裝階段，安裝完成後，通過系統聯合調試，就可開展物理實驗。”核西物院相關負責人介紹，裝置總體安裝將由華西集團四川省工業設備安裝集團有限公司接棒，建成後，中國新一代、國際領先的“人造太陽”實驗裝置將在成都誕生。
控制等離子體位形所需要的磁場
主機線圈偏差半徑保持在一個毫米以內
記者瞭解到，該裝置有三大核心部件。今年1月通過驗收的30萬千伏安立式脈衝發電機組系統，是“充電寶”，為其提供源源不斷的電能；今年3月運抵核西物院的主機真空室是等離子體直接運行場所，為等離子運行提供超高真空的清潔環境；5日交付的主機線圈系統由環向場線圈系統和極向場線圈系統組成，主要功能是產生用以約束等離子體、產生初始等離子體、維持等離子體以及控制等離子體位形所需要的磁場。
“此次交付的中心柱是人造太陽環流器裝置的核心部件主機磁體線圈的基礎，它的交付成功才意味著整個裝置的安裝的啟動。”核西物院聚變科學所工作人員蔡立君介紹，由於裝置內的等離子的溫度超2億攝氏度，是任何材料都無法承受的，所以必須要通過一個磁場來約束這些等離子體，使其不碰到裝置內部的部件上，而磁場的提供者就是線圈。“由於線圈的體積和直徑較大（最大可達六米），高度距離地面在4米到8米之間不等，因此保持線圈的精準定位挑戰很大。為了能夠提供準確的磁場位形，要求線圈的定位精度偏差在1毫米以內，比如同軸度半徑。”
記者瞭解到，主機線圈系統由東方電氣集團東方電機有限公司（簡稱“東方電機”）製造，其中心柱的研製是整個線圈系統最具挑戰性的任務，線圈中心柱由20組環向場線圈中心段組件和中心螺旋管CS線圈裝配而成，總體重量約90噸。“中心柱製造難度大，工藝精度要求極高，高衝擊載荷條件下運行壽命要求不低於10萬次，在國內尚屬首次，沒有現成的工藝和設備借鑑，製造技術完全自主化。”東方電機相關負責人說。
什麼是“人造太陽”？
即在地球上建造一個裝置，該裝置通過可控熱核聚變方式，模擬太陽發光發熱釋放能量，給人類帶來幾乎無限的清潔能源，俗稱“人造太陽”。
中國環流器“變身”歷程
中國環流器一號裝置（HL－1）（1984年－1992年）：
開展了八年等離子體實驗研究，取得了400多項科研成果。
中國環流器新一號裝置（HL－1M）（1994年－2001年）：
以中國環流器一號（HL－1）裝置為基礎改建而成，其主要目標是開展高密度和高功率輔助加熱和電流驅動實驗。
中國環流器二號A裝置（HL-2A）（2002年－2019年）：
我國第一個具有先進偏濾器位形的非圓截面的託卡馬克核聚變實驗研究裝置，正在使用中。
中國環流器二號M裝置（HL-2M）（2019年－）：
是HL-2A的改造升級裝置，即將投入使用。
來源：成都日報
相關推薦
