探访新一代“人造太阳”这个人造太阳的“充电宝” 最大放电功率等同一座核电站

华西都市报 2019-09-03 03:55 大字

探访新一代“人造太阳” 我国首台30万千伏安立式脉冲发电机组。

6月5日,在成都的中国环流器二号M(HL-2M)装置建设现场,该装置主机线圈系统现场交付后,中核集团、东方电气集团、华西集团三方代表共同点亮启动球,拉开中国新一代“人造太阳”装置总体安装序幕。按照计划,今年年底基本完成该装置总装。安装完成后,这个高和直径约十米的“人造太阳”实验装置,从参数、规模以及制造工艺要求等方面与“前辈”比较起来,都大为领先或优化。八月底,华西都市报、封面新闻记者再一次探访了正在总装中的中国环流器二号M(HL-2M)装置,以期揭开这一超级装置的超级工艺。

精密组焊

给等离子体“造房子”

位于核西物院的试验大厅里,一个高度3米多,直径5米多,呈银白色如“甜甜圈”的真空室被安置在一角,等待与核心部件“中心柱”的合体。

未来,其如宇宙飞船太空舱的内部,就是核聚变反应发生的地方,等离子体将在那悬空“游走”。而新一代“人造太阳”的等离子体参数将大幅度提高到近堆芯水平,等离子温度将超过2亿摄氏度。中核集团核工业西南物理研究院“真空室”技术研究员冉红介绍,投入使用后,真空室内会达到10的负十次方大气压的超高真空,比宇宙密度还要稀薄好几个数量级。而真空室内等离子体达到的体积将是前一任装置真空室的三倍以上,运行时,“甜甜圈”还可能会承受上百吨的电磁力。

因此,真空室在制造过程中对结构强度以及尺寸精度要求极高。真空室是国内首台特材双曲面薄壁件真空室,采取的是全焊式结构,由20段扇形段整体组焊成环。“就好像把剥开的橘子瓣组装回去一样。”冉红形容。但每一段扇形段在单段制造阶段刚性差、易变形,加之由于焊接时在上千度的高温下更易造成变形,因此要达到“整体组焊成环后要求平面度小于1mm内、外圆同轴度小于2mm”的要求并非易事。冉红回忆,通过上万个尺寸数据测量、数百次的测量数据分析、几十次的反复组对试装,才摸索和完成出一套保证精度的工艺。

“笼”住带电粒子

毫米误差内安装磁场线圈

离真空室不远处,中国环流器二号M装置里高达5米的中心柱已经落座重力支撑环上,环绕在周围的技术工人正在为吊运一块重达5吨的饼状线圈作准备。

主机与真空技术研究室副主任刘晓龙介绍,通电后这块饼状线圈将产生极向磁场。“不仅如此,环绕在真空室外的线圈还会产生环向的磁场,最终环向磁场和极向磁场线圈通电以后,各自形成的磁场将叠加在一起,形成一个‘磁场笼子’,约束真空室内的带电粒子运动。”

他解释,等离子体温度达到上亿摄氏度,这是目前任何材料都难以承受的。正是这样,科学家才利用这种强磁场笼子装住等离子体的方式,将高温的等离子体和材料隔离,理想情况下,使其悬浮不碰触到真空室的内壁造成破坏,进而对等离子体进行加热,为实现聚变反应提供条件。

新一代人造太阳超级数据

◎将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培,等离子体温度超过2亿度

◎在安装产生磁场的线圈时,其同轴度在半径方向的偏差要控制在1毫米内,线圈中平面高度的偏差则控制在正负1毫米之内

◎总重约800吨的我国首台30万千伏安立式脉冲发电机组,工作时十秒内的最大放电功率,相当于装机容量30万千瓦的秦山一期核电站

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