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“人造太陽”逐日夢，“聚變合肥”加速度。冬日暖陽下的合肥綜合性國家科學(xué)中心大科學(xué)裝置集中區(qū)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱潮涌動，國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施”建設(shè)如火如荼，該設(shè)施的主體工程項目“進度條”全力推進，一派生機勃勃只爭朝夕的景象迎面撲來。
聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）是合肥獲批綜合性國家科學(xué)中心后首個落戶的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，該設(shè)施目標(biāo)是建成國際核聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究及測試平臺。自CRAFT設(shè)施主體工程開工以來，等離子體所核聚變大科學(xué)團隊在材料綜合性能研究、超導(dǎo)導(dǎo)體性能研究、超導(dǎo)磁體、聚變堆真空室、偏濾器部件、等離子體與材料相互作用、輔助加熱系統(tǒng)、遙操作系統(tǒng)、配套支撐系統(tǒng)等方面開展核心技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。目前，CRAFT設(shè)施主體工程建設(shè)正酣，一些關(guān)鍵子系統(tǒng)和大型測試平臺研制取得階段性重要進展，超導(dǎo)磁體研究系統(tǒng)和主機偏濾器研究系統(tǒng)兩大主體工程的建設(shè)進程正在加快推進。CRAFT主體工程建設(shè)已經(jīng)完成100余個關(guān)鍵里程碑建設(shè)任務(wù)及核心部件的設(shè)計、預(yù)研和測試驗證，從子系統(tǒng)的實驗室研發(fā)測試階段進入到了部分關(guān)鍵部件的研制和現(xiàn)場集成及調(diào)試階段。
在聚變堆園區(qū)11號科研廠房，一個高度20米，外形似“橘子瓣”狀的測試平臺已經(jīng)基本落成。CRAFT設(shè)施1/8真空室及總體安裝實驗平臺，為D型截面雙層殼體結(jié)構(gòu)，總高20米，D型截面高11米，最大環(huán)向直徑19.5米，最小環(huán)向直徑5.7米。真空室殼體選用50毫米厚的超低碳不銹鋼材料，總重達5600噸。“該1/8真空室樣件平臺在研制過程中形成了40多項專利技術(shù)，發(fā)展和掌握了聚變堆真空室建造過程中諸如精密成型、柔性自動化焊接、相控陣超聲無損檢測以及大視場激光準(zhǔn)直測量等關(guān)鍵技術(shù)，并為遙控操作系統(tǒng)提供一個全尺寸的安裝模擬平臺。”項目負責(zé)人劉志宏研究員帶領(lǐng)團隊正在進行最后的部件總裝，預(yù)計1/8真空室及總體安裝實驗平臺將于明年初啟用。
聚變堆園區(qū)8號科研廠房的恒溫潔凈車間內(nèi)，總長56米占地600㎡的CRAFT環(huán)向場TF線圈繞制生產(chǎn)線剛剛竣工完成。生產(chǎn)線主要由導(dǎo)體放送系統(tǒng)、導(dǎo)體校直系統(tǒng)、在線超聲清洗系統(tǒng)、導(dǎo)體噴砂與清洗系統(tǒng)、導(dǎo)體連續(xù)彎繞機、線圈繞制回轉(zhuǎn)平臺等設(shè)備通過自動控制系統(tǒng)聯(lián)動控制組成，將開展聚變堆級全尺寸D形線圈的制造驗證。此環(huán)向場TF線圈采用全球首創(chuàng)的高、中、低場三個子線圈堆疊和套裝組成，繞制后的線圈輪廓度和平面度不超過1.5毫米的嚴苛要求給繞制工作帶來很大難度。“我們采用無張力繞制技術(shù)對截面64mm*64mm的CICC超導(dǎo)導(dǎo)體進行連續(xù)精密繞制。”項目負責(zé)人文偉研究員說到，“我們完成了復(fù)雜輪廓繞制運動軌跡模擬、無張力連續(xù)推彎成形、截面氦管自動焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)研究，掌握了核心技術(shù)。”目前，線圈繞制生產(chǎn)線的安裝和聯(lián)調(diào)測試已經(jīng)完成，用于首個認證件繞制的全尺寸導(dǎo)體（936.05米）也已就位，即將開展線圈繞制工藝驗證，為后續(xù)工作奠定成熟技術(shù)和工藝基礎(chǔ)。
CRAFT負離子源中性束注入系統(tǒng)因射頻饋入穩(wěn)定性要求高、束引出面積大、連續(xù)運行時間長、負離子產(chǎn)生難且易損失的典型特征而挑戰(zhàn)巨大。單驅(qū)動負離子束源（1/4尺寸）是CRAFT負離子束源系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，主要用于研究負離子產(chǎn)生、引出和加速技術(shù)，對負離子束源的研制有重要的意義。項目團隊一直針對未來聚變堆中性束注入系統(tǒng)研制過程中的大面積負離子產(chǎn)生、引出、加速、束傳輸和調(diào)控等核心技術(shù)開展研究，分別開展了射頻放電鍛煉、負離子產(chǎn)生、引出和加速研究，通過參數(shù)優(yōu)化最高獲得204 A/m2的負離子引出，并實現(xiàn)穩(wěn)定可重復(fù)的105秒長脈沖負離子束（負離子引出電流密度160 A/m2，束能量54.5 keV，電子負氫比例小于1）。“這些技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)，標(biāo)志著我國成為國際上少數(shù)掌握強流射頻負離子源核心技術(shù)的國家。” 項目負責(zé)人謝亞紅研究員說。這些研究工作和關(guān)鍵技術(shù)的突破，也為聚變堆高功率負離子源中性束注入系統(tǒng)的研制提供了重要保障。
聚變堆園區(qū)13號北大廳是偏濾器等離子體與材料相互作用研究平臺的所在地，在這里將建成國際上參數(shù)水平最高的直線等離子體裝置及其輔助系統(tǒng)，可產(chǎn)生聚變堆偏濾器所要承受的穩(wěn)態(tài)大束流等離子體，助力聚變堆中面向等離子體部件的研發(fā)。項目負責(zé)人周海山研究員帶領(lǐng)團隊已經(jīng)完成了平臺物理和工程設(shè)計工作，“課題組近日在測試臺上取得了連續(xù)24小時運行的偏濾器靶板束流密度等離子體的新記錄，驗證了關(guān)鍵部件的穩(wěn)定性。這些關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，將為后續(xù)材料測試平臺的調(diào)試和運行積累寶貴經(jīng)驗，為CRAFT偏濾器研究系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。”
此外，偏濾器部件測試平臺、聚變遙操作測試平臺、輔助加熱系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、環(huán)向場大型超導(dǎo)磁體熱處理系統(tǒng)、中心螺管模型線圈磁體測試系統(tǒng)等子系統(tǒng)研制正在加快進行。110KV終端變電站及附屬供配電系統(tǒng)，由內(nèi)循環(huán)外循環(huán)和冷凍水系統(tǒng)組成的水冷系統(tǒng)等配套支撐系統(tǒng)已經(jīng)建成并投入運行。
活力聚變堆園區(qū)，匯聚磅礴創(chuàng)新動能。自CRAFT設(shè)施項目開工以來，在各級領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)部門的高度重視和大力支持下，等離子體所核聚變大科學(xué)團隊立足自主創(chuàng)新，克服重重困難，以“時不我待、只爭朝夕”的緊迫感和“時時放心不下”的責(zé)任感，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)加快推進園區(qū)工程和設(shè)施主體工程建設(shè)。核聚變大科學(xué)團隊始終聚焦聚變堆建設(shè)運行的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)和工程建設(shè)難題，瞄準(zhǔn)加快聚變能開發(fā)和應(yīng)用進程，在基礎(chǔ)前沿原始創(chuàng)新上不斷攻堅發(fā)力，在聚變衍生技術(shù)上不斷激發(fā)動能，在帶動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展上不斷融合發(fā)展，著力提升整體創(chuàng)新發(fā)展效能。“科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力 ”，核聚變大科學(xué)團隊深入學(xué)習(xí)貫徹落實黨的二十大精神，加快推動聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施建成國際最先進的大型綜合性測試平臺，為聚變堆關(guān)鍵工程技術(shù)研發(fā)和建設(shè)運行保駕護航，為我國聚變能事業(yè)的長遠發(fā)展作出更多的貢獻。
標(biāo)簽： 人造太陽 合肥綜合性國家科學(xué)中心 大科學(xué)裝置 聚變堆主機
