全球性的成就:ITER超导体的生产即将完成

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所属分类:新科技
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ITER——设计用来证明聚变能在科学及技术上的可行性,建成后将成为世界上最大的聚变实验设备。聚变是太阳以及恒星的能量来源:当质量较轻的原子核凝聚在一起组成较重的原子核时,大量的能量将会被释放出来。对聚变的探索,其目的在于发展一种安全、丰富且对环境负责的能源。

ITER同时也是一种全新的全球合作。欧洲将负担几乎一半的建造费用,同时其它参与此项国际投资的六个成员国(中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国)将承担剩余的部分。ITER项目正在建造中,地点在法国南部的圣宝莱•杜朗兹。

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工业历史上最大的超导体生产已接近完成。70%的单位长度的导体被ITER组织接收,八年来为了生产用于ITER强大的磁系统的超导体所做出的努力即将告一段落。6个ITER成员国——中国、欧洲、日本、韩国、俄罗斯和美国,共同负责生产200千米(2800吨)、价值6.1亿欧元的管内电缆导体。

聚变能的获得离不开超导。超导体消耗的能量少,比常规导体更经济,同时可载有高电流、产生强磁场。

在ITER中,超导磁系统的储存磁能总计51GJ,磁系统产生的磁场将对高达1.7亿摄氏度的等离子体进行点火、限制、成形和控制。

磁系统的构建块是高性能、内部冷却的超导体CICC(cable-in-conduit),它由束状超导铜线组成,这些超导铜线由一根电缆传输,并被钢结构保护罩包裹。ITER技术要求独特、所需材料数量多,长达200千米(2800吨),这使得ITER的六个成员国联手合作,共同解决这些难题。

从2007年开始,ITER组织开创性的全球战略,建立了一系列流程和系统,以确保世界各地超导体生产和测试的标准化。在2007-2009年间,ITER组织与各国内机构签订了11项导体研究项目,其中每一个都明确了技术和质量控制要求,例如供应商的资格、生产过程质量的把关、关键生产过程的掌控,以及全尺寸导体样品的测试。

在ITER组织和ITER国内组织的严格监管下,导体的研制工作从2008年开始进行。外部参考实验室也贡献了专门技术,并在关键验收测试中进行了第三方验证。由9个供应商共同生产共500吨(超过100000千米)的超导线(用于ITER极向场和中央螺线管磁体系统的铌锡合金(Nb3Sn)超导线),它是最有技术挑战性的原料。如此大规模的工业成就要求全球生产能力的提高,即从15吨/年到100吨/年,并需要引进三个新的导线供应商。

目前为止, 70%的单位长度的导体已被ITER组织接收。

2015年9月17日,在位于法国圣宝莱•杜朗兹的ITER组织总部召开的典礼上,进行了揭匾仪式,以表彰在ITER领导时间最长的研究工作中各个合作伙伴所作出的贡献。ITER超导系统及辅机项目的领导人Arnaud Devred说:“11个导体研制项目中有很多技术和管理上的挑战,但这同时也是人类历史上一次惊人的探险。ITER导体的成功研制归功于很多人,包括过去的和现在的。”

ITER磁体部门领导人Neil Mitchell从1992年起主管ITER导体的发展工作,他说:“在30年前的发展项目的指导下,ITER各成员国作为一个团队来合作解决相关的复杂技术问题。而今,看到真实的ITER导体是十分激动人心的。”

ITER总干事Bernard Bigot强调了此项工程的多面性:“从几个层面来说,它里程碑式的意义都十分显著。经济层面上,我们向全世界的工厂和实验室注入了总额高达6.1亿欧元的资金,如今已经获得了十分专业且有益的回报,并已将所获得的知识应用到了其它关键领域,如医学影像、能源、运输等。技术层面,我们应用最新的材料技术,将生产推进到了前所未有的水平。但或许,最值得称赞的成就应在于:在这个复杂项目中,各国在设计属性、生产标准、质量保证措施和的测试方案等方面成功的合作。我们将在此成功的基础上继续前行。”

ITER磁体制作的下一个阶段是将超导材料整合到最终的线圈组件中。

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