推广 热搜: APP  品牌  吉三代  智能  出口  深圳APP外包公司  产业  中国  手机  发展 

中国的“人造太阳”是如何取得突破性进展的?

   日期:2019-11-21     来源:中国核工业    作者:范士豪 杨龙 贺明明    浏览:290    违规举报
 
中国环流器二号A装置  图片来源:中国核工业 关宇摄

成都,在核工业西南物理研究院中国环流器二号M(HL-2M)装置的安装现场,科研人员身着颜色统一整齐的工作服,穿梭往来,忙碌不休。柱状的磁体线圈在坚固稳定的底座上,被按部就班地披上一层层“外衣”,银灰色的真空室构件也在不断地被完善着。这些工作人员每天比院里的职工正常下班时间离开得更晚,到家时或许已是暮色四合。节假日期间,旅游景区里人头攒动的时刻,他们眼前最动人的风景也仍在这小小的一方天地里:金黄色外表的磁体线圈、内部如同太空舱,外形仿似飞行器的真空室……这些忙碌的身影,身体力行地实践着“开发核聚变能源,造福子孙后代”的承诺,托举着一代人的希望,辛勤努力,只为点亮“人间的太阳”。

北京,正是秋高气爽的大好时节,核西物院参与其中的TAC1联合体ITER主机安装工程合同签订的喜人消息也乘着秋风从远方传来。这份荣耀,令每一个聚变人都笑逐颜开,期待着能为祖国核聚变事业贡献更多的能量。

一段新征程的起航:中国环流器二号M装置启动安装

今年三月,春暖花开的时节,HL-2M真空室由西安运抵它的“新家”成都核西物院。在这里,将铸造起一个冉冉升起的新的梦想。发运仪式上,科研人员精神抖擞,他们都明白,真空室的运输意味着什么:核西物院一座新的托卡马克装置将启动安装,老一辈科学家开发核聚变清洁能源的梦想将在他们的手上得到延续。真空室是HL-2M的核心部件,它将助力HL-2M开展堆芯级聚变等离子体物理实验和关键技术研究。真空室抵达成都后,随即开展的便是吊装。巨大的真空室宛若银球,被吊臂高高悬起,它的每一阵轻微晃动,都牵引着所有人的心。最终,真空室吊装完毕,所有人的心里都松了一口气。大家都知道,接下来的日子里,它将“驻扎”在这里,为HL-2M提供超高真空、容纳亿度等离子体的物理环境。它貌不惊人,却不可小觑——它能够承受核聚变反应过程中的复杂电磁力和热应力。

真空室吊装结束后,HL-2M的后续安装工作便紧跟着推进。六月盛夏,HL-2M主机线圈系统又成功实现交付。“HL-2M主体主要由主机线圈、真空室与支撑系统这三个部分构成,同时研制的还包括辅助加热系统、低温冷却系统、烘烤系统等。”参与HL-2M建造工作的核西物院聚变科学所党委书记毛维成如是说道。总体安装启动仪式由此水到渠成地拉开了帷幕。仪式现场,一颗圆形启动球“佩戴”着红色绸缎被放置于舞台正中,球体上红色的“人造太阳”格外引人注目。核西物院党委书记张必祥现场向参加HL-2M建设的“党员先锋突击队”授旗,突击队队长蔡立君等接旗。

然而,安装之路并非坦途。为了攻克技术上的难关,科研人员经常夜以继日工作在现场。作为HL-2M真空室总设计师的冉红对此就深有体会。最初,真空室被建造出来后,真空漏率只达到了10-5,这远达不到要求的超真空条件。当时,冉红的团队用已有的办法将真空室所有的焊缝都检查了一遍,始终找不到缺陷在哪。“说实话,我都要崩溃了,找不出漏点来,就达不到我们的设计要求。每天都要来跟着一起检查,从早到晚,晚上也加班,每一条缝隙我们都要进行排查。”最终,冉红他们制作了一个个方形和圆形的小盒子,把真空室的每一个焊接段都做了上百次的实验,终于找到了缺陷的位置,完成了真空实验室的建设。

“在一些情况下,为了得出一个准确数据而不影响正常的安装进度,我们会抓紧赶工。”据参与安装工作的李连才介绍,参与安装的所有工作人员,都秉持着敬业爱岗的精神,在各自负责的职位上兢兢业业,一丝不苟。而这一切的全力付出,都只是为了安装工作的如期完成和核聚变梦想的早日实现。

在HL-2M装置的安装场地中,深蓝色的制服,各色不同的头盔,来往繁忙的身影,建造中的设备,构成了一幅核聚变工作人员织就的最美的风景。

HL-2M建成后,将为我国进一步增加大科学工程装置设计、建设和运行方面的宝贵经验,这无疑是我国核聚变事业发展的一剂强心针。而我国自主设计建造未来的中国聚变实验堆也将由此而奠定基础,我国实现核聚变在国际领域从跟跑、并跑到领跑的宏大夙愿也将由此而得偿。

由来已久的传承:中国环流器二号A装置果实累累

HL-2M的技术积累并不是一朝一夕之事,也远非一蹴而就之功。核西物院新世纪以来在中国环流器二号A(HL-2A)上早已达成一批令人瞩目的成就,这份传承,流淌在聚变人的血脉之中,代代相传。

HL-2A自2002年底问世,至今已历时17载光阴,岁月在它的身上留下了痕迹,它也回馈岁月以累累的果实。

如今的HL-2A,静静地矗立在核西物院聚变科学所的大楼内部。走到聚变科学楼的二楼,穿过中央控制大厅,夺目的红色机器便赫然在眼前展露无遗——HL-2A的主体形似一只巨型蜘蛛,它的“肢体”支撑着中间的硕大身躯,整个装置占据了房间的三分之二大小,装置的脚下,堆放着各种各样的实验仪器。

HL-2A建成后的第二年,便实现了国内首次偏滤器位形放电的壮举。“确保安全,稳扎稳打,锻炼队伍,重点突破”的指导思想时刻激励着实验人员,HL-2A的先进构造支撑着受控核聚变研究持续精进,不断地“更上一层楼”。

不仅如此,2006年,HL-2A等离子体电子温度还达到了5500万度的高标准要求,离子温度也于2019年突破5000万度,这使它向着聚变装置点火所需要的亿摄氏度高温迈进了一大步,率先达到了我国磁约束核聚变装置的最高电子温度。人类想要和平利用核聚变能,最终目标就是实现“受控核聚变”,而要使得核聚变反应速率足够高,离子温度就必须达到1亿摄氏度,HL-2A的这项成就可谓已经迈过了“这一级台阶的一半”。“为具备开展堆芯等离子体研究的条件,我国科学家正努力进军1亿度!”提及聚变前景,中核集团首席专家、核西物院院长段旭如满怀信心。

2009年,HL-2A率先在国内实现高约束模式运行,这是我国磁约束聚变研究史上具有里程碑意义的重大进展,使我国磁约束聚变能源开发研究综合实力与水平得到了极大的提升。此项成果一经面世,欧洲物理学会主席瓦格纳等许多国际著名聚变专家向核西物院表示热烈祝贺,中央电视台、新华社、人民日报、科技日报等多家媒体争相报道。核西物院名誉院长、中国科学院资深院士李正武获知消息后非常高兴地说:“实现高约束模式运行为开展国际聚变界热点问题的研究创造了一个全新的平台,为更高水平的研究创造了条件,加快了我国聚变能源开发的步伐,使我国在国际聚变界拥有更高的学术地位和发言权,也将为ITER项目建设作出更大的贡献。”

今年春季,HL-2A又在国内首次实现了等离子体比压值超过3的高比压等离子体放电运行,标志着我国聚变研究在装置加热、运行与控制、器壁处理等方面的整体水平得到进一步提高,为开展高比压条件下的宏观不稳定性控制研究提供了全新的实验平台。建成至今,HL-2A贡献着一个又一个聚变成果,让聚变事业一路高歌猛进。如今的HL-2A物理实验,由聚变科学所副所长许敏统筹规划,仍然不断地为清洁能源开发提供着新的惊喜,研究团队锐意进取,团结拼搏,为世界聚变事业贡献着中国智慧。

中国环流器二号A 真空室   图片来源:中国核工业 郑铁流摄

国际舞台显身手:ITER计划中的中国力量再放异彩

在国内,核西物院聚变人依托先进的托卡马克实验装置,总能突破研究中的壁垒,让人们看见能源梦想的曙光;而在国际上,他们也不遑多让,与国际优秀的聚变研究者并驾齐驱。

ITER计划是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一,也是迄今我国参加的规模最大的国际科技合作计划,其目标是验证磁约束核聚变在科学上和工程技术上的可行性。

ITER计划吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等世界主要核国家等共同参与。“作为中国加入ITER计划的重要技术支撑单位,核西物院承担了ITER计划中多个关键部件的研制任务,包括磁体支撑系统、包层第一壁、包层屏蔽模块、气体注入系统等采购包项目。”提及ITER,核西物院原院长刘永如是说。核西物院加入ITER以来,一直秉持着敬业刻苦的科研精神,在相关工作中作出了突出的贡献,让世界见证了中国核聚变力量的茁壮。

核西物院加入ITER后,其研发的第一壁和中子屏蔽包层模块全尺寸原型件均在国际上率先通过认证。这是“中国智慧”对ITER项目作出的重大贡献,同时也意味着中国“人造太阳”的部分核心技术已走在了世界前列。中国智慧对于世界聚变能源所发挥的作用越来越重大,且不可或缺。

第一壁的成功离不开屏蔽包层项目组的一路披荆斩棘。第一壁由高纯铍(面对等离子体材料)、铬锆铜合金(热沉材料)及316不锈钢(结构材料)三种材料连接而成。在研发工作开展以后,铍瓦尺寸、铬锆铜合金性能以及两者的连接质量问题一直是困扰项目继续前行的核心难题。为了同时越过这“三座大山”,谌继明研究员带领相关技术负责人每天不分昼夜试图以各种方式分析查找问题的症结。每一个技术方案,都需要通过无数次的实验进行验证以评估其可靠性。为了严谨地获得实验数据,项目组成员经常聚在实验室共同进行实验数据采集和分析。经多次优化后,铍瓦尺寸得到认定,铬锆铜合金性能也得以大幅度提高,最可喜的是困扰已久的铍铜连接问题也有了突破性的进展,连接成功率从最初的不到10%提高到了90%以上。

经过长期艰苦奋斗,项目组终于完成“从0到1”的突破。第一壁的高热负荷试验认证通过,得到了国内外的高度认可,标志着中国成功掌握聚变堆高热流部件核心技术,为我国自主建造聚变堆提供了坚实的技术储备。ITER项目实验时,谌继明常常叮嘱自己的学生,要慎之又慎,“千万不能出问题”,严谨的科学态度,正为他们打开了实验成功的大门。

ITER实验包层项目收获同样不菲,实验包层模块是聚变堆示范堆增殖包层的实验模拟件,将在ITER试验窗口上进行实验。而自2003年开展氦冷陶瓷实验包层模块系统(HCCB TBS)相关的研究以来,HCCB TBS在设计与研发取得了显著的进展,并于2015年9月首个通过了IO组织的概念设计评审。目前HCCB TBS处于初步设计阶段,并在研发过程中解决了设计,材料,制造及检测等多方面的关键技术和工艺问题,初步形成了成熟的技术体系和发展路线。它的成功将为未来示范堆包层系统设计提供实验数据与支持。

厚积方能薄发:力夺ITER“心脏”工程项目合同

数十载聚变技术的积累,参与国际聚变合作的先进经验,带给了核西物院巨大的核聚变科研优势。今年7月,核西物院参与其中的联合体成功竞标TAC1项目。TAC1是ITER组织迄今为止发出的最大合同,它的内容包含了ITER聚变堆堆芯主要部件的安装,这也是有史以来中国企业在欧洲市场中竞标的最大核能工程项目合同。作为ITER装置的核心,其主机相当于核电站的反应堆或者人类的心脏,因此该项安装工作的重要性可想而知。

TAC1合同的签订,是我国的聚变工程技术达到了国际先进水平的一个标志,是中国聚变界为ITER工程做出的又一大贡献,也将为以后中国聚变工程试验堆的建造积累经验。

竞标一路走来,5家中法单位组成的联合体在国家科技部和中核集团等的大力支持下,解决了过程中遇到的各种困难,战胜了竞争对手。

两年前的8月,北京城正值炎夏,TAC1的前期准备会议如期召开。彼时,投标事宜初起步,一切都有待周密的规划与安排,核西物院派出专业技术人员参加会议。工作启动会在同月起步,核西物院与中国核电工程有限公司、中国核工业二三建设有限公司共同组成联合体竞标TAC1项目。TAC1项目竞标由中核工程牵头并负责项目管理;中核二三负责安装施工;核西物院提供安装技术支持。

次年7月,之前的竞标分组重新整合,等离子体所加入TAC1联合体。9月,TAC1联合体再度“扩军”,法国法马通核能公司加入。至此,TAC1联合体的5位成员全部聚齐。

述标会议于今年年初召开,核西物院派出的代表周才品代表联合体完整讲述了其对TAC1内容,特别是应标17个CWP包的技术要求的理解。在幕后,核西物院也积极发挥作用,对联合体述标材料的准备给予协助,完成了技术方面的支持。

光阴荏苒,万里长征终于走到了最后——今年春季,联合体与IO(ITER Organization)进行了竞争性谈判及技术、商务一致性澄清,并提交了最后方案。

终于,今年7月,联合体收到了来自IO的中标通知。在通知中,IO负责人真诚地向联合体表示了祝贺,感谢了其对于此次投标项目的认真参与,并表达了对于日后合作的殷切期待。

在漫长的投标过程中,核西物院前期将投标准备工作分为技术组和模型组两个部分,启动对前期资料的消化和理解,为后期工作的开展提供了极大的便利。聚变科学所下多个研究室的主要技术骨干10余人进行了招标文件中17个CWP技术要求文件包的解读工作。无论是为联合体成员单位开展核聚变相关专题培训与讲座,抑或是详尽讲解TAC1内容与现场情况,还是对联合体技术管理提出建议,以及对兄弟单位技术咨询服务的主动提供,并全力协助相关单位工作人员资格取证,核西物院在TAC1项目的竞标之路上都全身心付出,只为联合体最终取得全面胜利。

在未来,核西物院也将持续为TAC1项目贡献自己的力量,利用自身在核聚变领域的优势,集结科研骨干,给予团队不遗余力的支持。

托起明天的太阳:荣膺“先进集体”,聚变再接再厉

从托卡马克实验装置,到国际热核聚变实验堆,核西物院所从事的工作一直离不开磁约束受控核聚变研究。而这项研究因其反应原理与太阳相似,被形象地称为“人造太阳”,它被认为是解决人类未来能源困境的理想能源之一。“它作为一个大科学工程的一个特征,就是它强烈地依赖于很多学科的发展,它自己的发展又能够推动这些学科的发展,这是聚变这个学科的一个特征。”核西物院原院长刘永这样形容聚变。核西物院的聚变开端,可以追溯到上世纪60年代,以李正武教授为代表的一批核聚变科学家,筚路蓝缕,建造出新中国第一个大型托卡马克实验装置——中国环流器一号,而后历尽了半个多世纪的沧桑巨变,它如今已成为了国际受控核聚变研究的重要力量之一。

“人造太阳”的成就有目共睹,它助力核西物院聚变科学所在新中国成立70年之际,荣获“中央企业先进集体”称号。

“585(核西物院)是踏实做事的地方。这里有机会,有资源,所里有聚变经验的积累,也有科研的基础。”聚变科学所副所长许敏这样说道。在以后的日子里,院科研人员仍将奋战聚变一线,相信正如聚变科学所今年推出的“人造太阳”科学家唱响《我和我的祖国》中所展现的那样,他们仍将用坚定的眼神,忙碌的背影,告知世界他们手中工作的意义,也向世界许下托起明天太阳的庄重诺言。不忘开发聚变能源初心,牢记造福子孙后代使命,核西物院向世界贡献着中国的聚变智慧,将在神州大地的西南角,将一轮红日徐徐升起。(作者单位:核工业西南物理研究院)

免责声明:
1、本站所收集的部分公开资料来源于互联网,转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。
2、本站部分作品内容是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传,对此类内容本站仅提供交流平台,不为其版权负责,更不为其观点承担任何责任。
3、因行业及专业性有限,故未能核验会员发布内容的真实性及有效性,不为其负责,如有虚假或违规内容敬请准备材料图片发邮件到info@n360.cn举报,本站核实后积极配合删除。
4、如果您发现网站上有侵犯您的知识产权的作品,请与我们取得联系,我们会及时处理或删除。
 
 
更多>同类资讯文章
0相关评论

推荐图文
推荐资讯文章
点击排行
网站首页  |  关于我们  |  联系方式  |  使用协议  |  免责声明  |  版权隐私  |  信息发布规则  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报  |  粤ICP备2020081222号
Powered By DESTOON