ITER计划暨WEST装置关键部件竣工交付

合肥物质科学研究院宣布,由该院等离子体物理研究所承担的国际热核聚变实验堆ITER计划校正场首批线圈暨法国WEST装置偏滤器关键部件竣工并正式起运交付。ITER组织总干事Bernard Bigot高度肯定了我国核聚变研究成果和自主创新发展的关键聚变工程技术,并对卓有成效的国际合作与交流表示赞赏。

校正场超导磁体系统是ITER主机重要部件之一,主要用来补偿线圈制造、接头、引线及装配误差造成的纵场和极向场线圈绕组位形偏离所带来的磁场误差。校正场超导磁体系统共计3组18个线圈,制造工艺极其复杂,涉及到超导、低温、绝缘、材料、焊接、无损检测、电测试等多学科交叉,由中科院合肥物质科学研究院等离子体所承担全部设计工艺开发和研制。自2010年签订合同以来,项目团队十年磨一剑,依靠自主创新,掌握了大尺寸无张力非圆截面磁体高精准绕制、三维曲面超导线缆成型、薄壁氦冷却管道低热输入焊接、超高功率厚板激光焊接、超低电阻超导接头、优异性能不锈钢材料和异型挤压型材制造、高性能绝缘浸渍等关键技术。磁体具有尺寸大(7米×2.5米)、截面小(192毫米×192毫米)、精度极高等特点,线圈整体轮廓精度可控误差1毫米、绕组零缺陷绝缘浸渍、超导接头最大电阻值小于5纳欧等多项技术与性能指标国际领先。

WEST装置是法国原子能委员会正在升级改造的一个全钨偏滤器超导托卡马克。偏滤器部件是WEST装置的核心部件,对其实现长脉冲高参数运行及其主要科学目标起到关键作用。偏滤器部件直接面对高温等离子体辐照,要承受强粒子流和高热流的冲击,服役环境苛刻、制造工艺复杂,难度大、要求高。2018年通过国际竞标,中科院合肥物质科学研究院等离子体所获得承担WEST装置456件钨铜部件的研制任务。项目团队依靠自主创新,基于EAST装置偏滤器部件研发基础,突破了高性能轧制钨材料批量化生产瓶颈,掌握了钨与铜及铬锆铜多层热等静压复合关键技术、钨铜复合串无损检测技术和柔性管与探头柔性对中工装检测方法,解决了钨铜串在高温高压焊接成型过程中钨块之间缝隙尺寸、焊接界面质量等精确控制难题,把钨铜穿管复合部件的热排出能力提高到每平方米20兆瓦。

校正场线圈对于ITER运行至关重要,WEST装置偏滤器部件研制是中法聚变联合中心的重要合作项目。通过承担WEST装置偏滤器国际合作项目,我国成为当今国际上唯一实现批量生产钨铜部件的国家。钨铜偏滤器部件的交付将促使WEST装置建设和运行进入全新阶段,将为ITER主机偏滤器部件的研制和量产提供借鉴和经验。

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