初冬時節，走進位于合肥市郊三十崗的合肥綜合性國家科學中心大科學裝置集中區，國家重大科技基礎設施“聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施”建設如火如荼，主體工程“進度條”全力推進。
“目前已經完成100余個關鍵里程碑建設任務及核心部件的設計、預研和測試驗證，從子系統的實驗室研發測試階段進入到部分關鍵部件的研制和現場集成及調試階段。”中科院合肥物質科學研究院劉志宏研究員告訴科技日報記者。
聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施正在加快建設。
【資料圖】
國際核聚變領域參數最高的綜合研究平臺
聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施(CRAFT)是合肥獲批綜合性國家科學中心后，首個落戶大科學裝置集中區的國家重大科技基礎設施項目。該設施目標是建成國際核聚變領域參數最高、功能最完備的綜合性研究及測試平臺。
自CRAFT設施主體工程開工以來，中科院合肥研究院等離子體所核聚變大科學團隊在材料綜合性能研究、超導導體性能研究、超導磁體、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、遙操作系統、配套支撐系統等方面開展核心技術攻關和關鍵設備研發。目前，CRAFT設施主體工程建設正酣，關鍵子系統和大型測試平臺研制取得階段性重要進展。
在聚變堆園區11號科研廠房，一個高度20米，外形似“橘子瓣”狀的實驗平臺已經基本落成，這就是CRAFT設施1/8真空室及總體安裝實驗平臺。
1/8真空室及總體安裝實驗平臺即將建成投入使用。
該平臺為D型截面雙層殼體結構，總高20米，D型截面高11米，最大環向直徑19.5米，最小環向直徑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。
“這個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，發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直測量等關鍵技術，并為遙控操作系統提供一個全尺寸的安裝模擬平臺。”項目負責人劉志宏帶領團隊正在進行最后的部件總裝。劉志宏表示，預計1/8真空室及總體安裝實驗平臺明年初啟用。
關鍵部件全部自主研制，為點亮“人造太陽”打基礎
聚變堆園區8號科研廠房的恒溫潔凈車間內，環向場線圈繞制生產線剛剛竣工完成。該生產線主要由導體放送系統、導體校直系統、在線超聲清洗系統、導體噴砂與清洗系統、導體連續彎繞機、線圈繞制回轉平臺等設備通過自動控制系統聯動控制組成，開展聚變堆級全尺寸D形線圈的制造驗證。
大型環向場線圈繞制生產測試平臺已經建成。
此環向場線圈采用全球首創的高、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對超導導體進行連續精密繞制。”項目負責人文偉研究員說，“完成了復雜輪廓繞制運動軌跡模擬、無張力連續推彎成形、截面氦管自動焊接等一系列關鍵技術研究，掌握了核心技術。”目前，線圈繞制生產線的安裝和聯調測試已經完成，用于首個認證件繞制的900余米長的全尺寸導體也已就位，即將開展線圈繞制工藝驗證，為后續工作奠定成熟技術和工藝基礎。
CRAFT負離子源中性束注入系統因射頻饋入穩定性要求高、束引出面積大、連續運行時間長、負離子產生難且易損失的典型特征而挑戰巨大。
單驅動負離子束源是CRAFT負離子束源系統研究的基礎，主要用于研究負離子產生、引出和加速技術，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研制過程中的大面積負離子產生、引出、加速、束傳輸和調控等核心技術開展研究，分別開展了射頻放電鍛煉、負離子產生、引出和加速研究，通過參數優化最高獲得204 A/m2的負離子引出，并實現穩定可重復的105秒長脈沖負離子束。
“這些技術指標的實現，標志著我國成為國際上少數掌握強流射頻負離子源核心技術的國家。”項目負責人謝亞紅研究員說，這些研究工作和關鍵技術的突破，也為聚變堆高功率負離子源中性束注入系統的研制提供了重要保障。
聚變堆園區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，這里將建成國際上參數水平最高的直線等離子體裝置及其輔助系統，可產生聚變堆偏濾器所要承受的穩態大束流等離子體，推動面對等離子體部件的研發。
項目負責人周海山研究員帶領團隊已經完成平臺物理和工程設計工作。周海山介紹，“我們在測試臺上取得了連續24小時運行的偏濾器靶板束流密度等離子體的新紀錄，驗證了關鍵部件的穩定性。這些關鍵技術攻關，將為后續材料測試平臺的調試和運行積累寶貴經驗，為CRAFT偏濾器研究系統建設奠定基礎。”
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、低溫系統、環向場大型超導磁體熱處理系統、中心螺管模型線圈磁體測試系統等子系統研制正在加快進行。110kV終端變電站及附屬供配電系統，由內循環外循環和冷凍水系統組成的水冷系統等配套支撐系統已經建成并投入運行。
自CRAFT設施項目開工以來，中科院合肥研究院等離子體所核聚變大科學團隊立足自主創新，克服重重困難，統籌協調加快推進園區工程和設施主體工程建設。
核聚變大科學團隊始終聚焦聚變堆建設運行的關鍵科學技術和工程建設難題，瞄準加快聚變能開發和應用進程，加快推動聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施建成國際最先進的大型綜合性測試平臺，為未來聚變堆關鍵工程技術研發和建設運行保駕護航。
(中科院合肥研究院供圖)
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