7月28日，國(guó)際“人造太陽(yáng)”ITER（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆）總裝工程在聖保羅正式啟動(dòng)，這意味著人類(lèi)探索未來(lái)清潔能源及應(yīng)對(duì)氣候變化的重大進(jìn)展。據(jù)中鎢在線瞭解，中國(guó)鎢業(yè)為這項(xiàng)事業(yè)做出了功不可沒(méi)的貢獻(xiàn)。
ITER計(jì)畫(huà)組織總幹事比戈表示，中國(guó)將以其快速的工程反應(yīng)和科研進(jìn)步，成為各合作方中兌現(xiàn)國(guó)際承諾的典範(fàn)。
ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克，俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”，是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作專(zhuān)案之一。而鎢材料的設(shè)計(jì)與研發(fā)是中國(guó)對(duì)該專(zhuān)案的重要支持之一。
鎢具有高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、低氫吸附、低物理濺射率、高濺射閾值能量、低燃料滯留、低中子活化與抗輻射損傷等優(yōu)異特性，是聚變實(shí)驗(yàn)堆及示範(fàn)堆中承受高熱負(fù)荷的面向等離子體材料(PFM)的首選，通常應(yīng)用於偏濾器的內(nèi)外靶板位置，以及作為偏濾器上的診斷探針。
ITER裝置是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形裝置。它的中央是一個(gè)環(huán)形真空，外面圍繞著線圈，當(dāng)通電時(shí)其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大螺旋形磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高溫度，以實(shí)現(xiàn)受控核聚變。受控核聚變通過(guò)控制燃料氘與氚粒子聚變反應(yīng)輸出清潔安全能源，將成為解決人類(lèi)能源與環(huán)境問(wèn)題、推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。
面向等離子材料是實(shí)現(xiàn)高溫等離子體穩(wěn)定運(yùn)行與核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)畫(huà)成功的關(guān)鍵因素之一。偏濾器部件是ITER裝置放電過(guò)程中控制雜質(zhì)和燃料再迴圈、排出來(lái)自中心等離子體的熱流和粒子流以及氦灰的重要部件。在開(kāi)展了多年的研發(fā)工作之後，ITER最終在2015年初討論決定採(cǎi)用全鎢偏濾器的設(shè)計(jì)。
鎢偏濾器將等離子體與第一壁進(jìn)行隔絕並且對(duì)流入雜質(zhì)進(jìn)行遮罩，作為與高溫氣體直接接觸的金屬。鎢探針主要是用來(lái)測(cè)量偏濾器靶板附近等離子體的溫度、密度和離子迴圈等相關(guān)資訊。
作為高溫等離子體週邊的第一道屏障，鎢材料需要經(jīng)受束流密度高達(dá)10^24m^2/s的D/T（氘/氚）等離子體輻照，10MW/m2左右瞬態(tài)熱衝擊，以及高能14 MeV的聚變中子輻照。極端惡劣的工作環(huán)境決定了對(duì)鎢材料設(shè)計(jì)和製造的高標(biāo)準(zhǔn)和高要求，比如鎢材應(yīng)具備較強(qiáng)的韌性，以緩解鎢的輻照脆性、再結(jié)晶脆性和低溫脆性，從而提高其在中子/熱流/離子輻照下的性能。
根據(jù)中鎢在線瞭解，為了使鎢材的各方面性能滿足偏濾器的要求，國(guó)內(nèi)鎢企業(yè)不斷向高質(zhì)量和高技術(shù)的方向探索，並且其產(chǎn)品的加工能力與適應(yīng)能力得到業(yè)界的高度認(rèn)可。
據(jù)悉，國(guó)際上首次鎢偏濾器在核聚變實(shí)驗(yàn)裝置上的投入運(yùn)行是在2014年，由中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)“合肥研究院”）在中國(guó)“人造太陽(yáng)”EAST上實(shí)現(xiàn)。此後該所分別在2015年與2016年完成了法國(guó)原子能委員會(huì)WEST托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置以及ITER裝置的鎢偏濾器高熱負(fù)荷測(cè)試。這意味著合肥研究院在鎢偏濾器部件方面的研製取得一次又一次的突破。
而ITER鎢探針（朗繆爾探針）是中國(guó)承擔(dān)的採(cǎi)購(gòu)包專(zhuān)案之一，由中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院和國(guó)內(nèi)鎢企業(yè)共同承擔(dān)。據(jù)瞭解，整個(gè)“人造太陽(yáng)”裝置中將安裝約400個(gè)探針。2019年初，ITER朗繆爾探針組件首批鎢部件在法國(guó)ITER執(zhí)行中心正式交付，並運(yùn)往德國(guó)、日本和荷蘭的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，成為進(jìn)入測(cè)試的首批基礎(chǔ)性部件。
當(dāng)然，除鎢以外，中國(guó)在其他材料技術(shù)方面也為ITER裝置做出了巨大貢獻(xiàn)。如合肥研究院承擔(dān)了計(jì)畫(huà)中的導(dǎo)體、校正場(chǎng)線圈、超導(dǎo)饋線、電源、診斷、總裝等採(cǎi)購(gòu)包的研製工作；中國(guó)國(guó)際核聚變能源計(jì)畫(huà)執(zhí)行中心、核工業(yè)西南物理研究院以及國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)完成了首批環(huán)向場(chǎng)線圈支撐部件、首批1號(hào)極向場(chǎng)線圈支撐系統(tǒng)部件、以及第二批校正場(chǎng)線圈支撐部件的驗(yàn)收交付工作。這三個(gè)批次部件將應(yīng)用於ITER裝置的磁體支撐系統(tǒng)。
據(jù)瞭解，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆托卡馬克裝置的首個(gè)組裝部件——外層杜瓦底座，已在今年5月底吊裝成功，預(yù)計(jì)整個(gè)總裝工程將持續(xù)4到5年。目前，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)畫(huà)已設(shè)定目標(biāo)，在2025年產(chǎn)生第一束等離子體。
