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合肥晚報報道：10月9日，合肥第四個大科學裝置——聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設施，首個進駐園區(qū)的部件已進入總裝階段。

2018年1月3日，國家發(fā)改委宣布聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設施在合肥集中建設，這是合肥綜合性國家科學中心首個落地的國家大科學裝置項目。

2022年3月，聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設施園區(qū)已正式交付啟用。該設施主要為下一代聚變堆的超導磁體和偏濾器系統(tǒng)提供研究和環(huán)境，保障我國聚變堆核心技術(shù)發(fā)展的先進性、安全性和可靠性，加快聚變能實際應用的進程。

目前，項目主體工程正加快建設，已完成眾多關(guān)鍵里程碑建設任務，進入了主體設施關(guān)鍵部件研制階段。

“合肥的‘聚變堆’設施將開展一系列關(guān)鍵技術(shù)預研等，為未來我國建造真正能實現(xiàn)核聚變發(fā)電的‘聚變堆’提供核心技術(shù)基礎和研究平臺?！薄袊茖W院合肥物質(zhì)科學研究院等離子體所重大專項辦主任劉志宏

在“聚變堆”園區(qū)11號樓，一個高度20米，外型似“橘子瓣”狀的設施已經(jīng)建起。據(jù)悉，該設施是“聚變堆”園區(qū)內(nèi)首個進駐的部件——聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設施1/8真空室及總體安裝實驗平臺。

▲聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設施1/8真空室及總體安裝實驗平臺

“等離子體運行需要一個真空環(huán)境，真空室就是用來提供這個環(huán)境的，可以說，它是裝置內(nèi)部最靠近等離子體聚變反應物質(zhì)的密封安全部件，非常重要?！薄袊茖W院合肥物質(zhì)科學研究院等離子體所重大專項辦主任劉志宏

隨著合肥超環(huán)（HT-7）、東方超環(huán)（EAST）、中國環(huán)流器二號（HL-2A）等一系列大型核聚變研究裝置的研制成功及投入使用，標志著我國在受控熱核聚變方面的研究也步入了世界先進行列。真空室作為裝置最為重要的部件，相關(guān)設計方法已經(jīng)經(jīng)過多個裝置的驗證和實踐的檢驗。

▲美國阿爾卡特C-Mod托卡馬克裝置內(nèi)部

托卡馬克裝置是目前最有希望實現(xiàn)可控核聚變的大型動力能源裝置之一。真空室位于超導磁體系統(tǒng)內(nèi)部，是托卡馬克裝置重要的部件，其內(nèi)安裝大量的堆內(nèi)部件，是一個環(huán)繞著等離子體的大型真空壓力容器。其主要功能是為等離子體提供高質(zhì)量的真空運行環(huán)境，同時也是重要的核安全屏障。

同樣位于合肥的中國聚變工程實驗堆（CFETR）是中國在研的新一代大型全超導托卡馬克核聚變能源工程驗證設施，真空室是工程設計中接口較為復雜，也是核安全部件中較為重要的大型真空壓力容器，位于磁體系統(tǒng)內(nèi)部，安裝有大量的堆內(nèi)部件和復雜的管路，是一個D形截面的雙層殼結(jié)構(gòu)的真空壓力容器，環(huán)向分為16個扇形段，包含真空室主體、窗口和支撐等，是保證裝置安全運行的重要的結(jié)構(gòu)承力部件。極限真空度為10-6Pa，總漏率≤5×10-7 Pa·m3·s-1

▲CFETR 真空室總體結(jié)構(gòu)示意

真空室作為裝置涉及核安全的首道安全屏障，內(nèi)部安置有內(nèi)中子屏蔽層（IWS），為主機及托卡馬克大廳提供輻射屏蔽；外部設置有冷屏，為超導磁體系統(tǒng)提供絕熱保護。

此外真空室主體結(jié)構(gòu)還能夠有效降低環(huán)向磁場的波紋度，同時也為等離子體與外界的輔助裝置提供交互通道，其設有加熱、診斷、電流驅(qū)動、核燃料加注、真空及遙操作提供相應的窗口，在緊急情況下，承擔降低堆芯溫度等一系列核安全及應急響應的功能。

▲真空室基本單元結(jié)構(gòu)示意

未來的實際裝置中，聚變堆主機關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設施真空室會由8個這樣的“橘子瓣”環(huán)形組成。而目前建造的這臺1/8真空室及總體安裝實驗平臺，主要將針對未來聚變堆真空室建造過程中的成型、焊接、無損檢測和精密裝配等關(guān)鍵技術(shù)開展一系列研究。

劉志宏介紹，在真空室建造的過程中，已經(jīng)形成了40多項專利技術(shù)。目前，該部件已進入最終的總裝階段，預計明年就可以正式啟用，開展相關(guān)研究。接下來，會有更多系統(tǒng)和平臺進駐園區(qū)，設施建設也將持續(xù)加快推進。