当前位置:首页 > 院士服务 > 前沿技术 > 正文
核能技术丨全球最大“人造太阳” 取得重大进展 iter增强热负荷第一壁完成首件制造
时间:2022/12/29 21:20:19
浏览次数:103
作者:央视财经
来源:央视财经

近期,中核集团核工业西南物理研究院传出消息,全球最大的“人造太阳”,国际热核聚变实验堆(iter)增强热负荷第一壁完成首件制造,并且具备了批量制造条件。这次最新突破的关键部件“第一壁”,实际上是“人造太阳”的“防火墙”,可以直接面对燃烧的上亿摄氏度等离子体。

一米距离,温度从一亿摄氏度到-269℃

“人造太阳”,简言之就是在地球上造一个装置,模拟太阳发光发热释放能量,从而解决人类所面临的能源问题。“人造太阳”一般指国际热核聚变实验堆计划。

探索开发聚变能源的国际热核聚变实验堆(iter),由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国7方共同参与建造,被誉为全世界最大的“人造太阳”。目前,iter正在法国南部按计划推进,预计2025年完成。

聚变能源一直被认为是人类的终极能源梦想。就在2022年11月22日,中核集团核工业西南物理研究院传出消息:全球最大“人造太阳”核心部件——国际热核聚变实验堆(iter)增强热负荷第一壁完成首件制造,并具备了批量制造条件。

这是我国在可控核聚变领域的巨大突破,标志着中国全面突破“iter增强热负荷第一壁”关键技术,实现该项核心科技持续领跑,有力提升了我国在该领域的话语权。

iter增强热负荷第一壁,简称“第一壁”。它直接面对真空壁等离子体堆芯的1亿摄氏度高温,是iter装置最关键的堆芯部件,也是核聚变堆建设的关键技术。

中核集团核工业西南物理研究院工程技术领域首席专家、iter增强热负荷第一壁团队负责人谌继明告诉记者,太阳表面温度约6000℃,一亿摄氏度就相当于16666个太阳累计燃烧的温度。

从真空壁堆芯一亿摄氏度的高温等离子,快速下降到外面包层-269℃,中间只间隔1米多。目前,世界上还没有一种物质能承受上亿摄氏度的高温。

无法忍受高温,那就主动降温。冷却水巧妙地解决了材料抗高温的问题,然而“第一壁”的制造加工安装也充满着挑战。

增强热负荷的手指部件,简称“手指”,是“第一壁”中最关键、最核心的零部件,制作难度不小。部件中铜和不锈钢连接部位的贴合度间隙误差需要打着手电光,从逆光角度才能看得见。

手指部件的铜表面特殊加工更是要求误差率要小于0.01毫米。

手指部件有三层,下面一层是不锈钢、中间是铜,上面一层是金属铍。四川雅安的一家配套企业,用自己的“独门绝技”,把这三种不同特性的金属材料紧密地贴合在一起。

在十几家配套企业的共同研发努力下,手指部件在2022年3月完成了加工制造。此后经过8次模拟高热负荷测试,每次持续一周,在10月顺利通关。

就在谌继明科研团队在手指部件取得重要突破时,他的同事,李鹏远的科研团队也有了新的进展。李鹏远团队负责iter增强热负荷第一壁外侧,也就是真空壁外面的包层——磁体支撑的研发。

与“手指”的加工制造类似,“第一壁”的磁体支撑同样离不开众多配套企业。因为是核能产品,加工要求零容忍、零缺陷。因此技术人员在实际加工前,要先借助计算机软件,做数控程序处理。即便有计算机帮忙,这个过程的难度依然不小。

像太阳那样利用核聚变获得源源不断的清洁能源供应,是人类长久以来的梦想。在这条研发的道路上,它可能是4年、5年,甚至更长时间坐科研“冷板凳”的寂寞孤独,可能是无数日夜的重复,也可能是一次又一次测试的失败。

“人造太阳”的每一项技术都需要反复测试。近乎苛刻的要求使得相关科技研发快速迭代,并不断应用到民用制造业。李鹏远团队最近研制的高温超导导体,就是其中的一个代表。

不仅如此,参与“人造太阳”部件制造的加工配套企业也在快速发展。

癌症治疗有望用上国产核技术

钴60、碳14、钇90是三种同位素原料,它们与核反应堆发生反应后,就成为带放射性的医用同位素。同位素钴60,主要用于伽马射线治疗肿瘤疾病。2009年,我国已实现钴60国产化。

同位素碳14原料,主要用于检测幽门螺杆菌,目前主要依靠进口。钇90同位素原料,可以用于癌症的放射性治疗,目前基本依靠国外进口。

国际上使用钇90同位素的体内放射治疗已经有二十多年,我国最近几年才开始起步。浙江省肿瘤医院是我国钇90放射治疗的临床研究单位之一。这种放射治疗适用于一些肿瘤较大,不适宜做手术或化疗的癌症患者。

不过,钇90用来进行放射治疗,价格十分昂贵。这背后,是我国一直无法实现自主生产钇90同位素的现实。而眼下,这一情况正在发生改变。

2022年10月28日,我国最大同位素生产基地在浙江海盐正式开工建设。预计2025年3月建成投产,这将有效解决国内同位素产品严重依赖进口的问题。

钇90实现国产化,背后离不开秦山核电的努力。以国产钇90同位素原料为例,这第一关,就是要研制生产出特殊的玻璃微球。

微球制造完成后,管道的生产同样不可或缺。位于浙江湖州吴兴区的一家配套厂,建有世界先进水平的无缝管生产线和焊接管生产线。装同位素原料的“靶件”管道,就是在这里制造加工的。

符合要求的管道做好后,装入同位素原料,就成了“靶件”,“靶件”随后进入秦山核电站核反应堆厂房。

装有同位素原料的“靶件”,在核反应堆里面放置两年,充分吸收反应堆裂变产生的中子带有放射性后,再借助专门的屏蔽运输容器,通过远程操作,从核反应堆里提取出来,吊运到“乏燃料水池”,进行降温和辐射屏蔽。

为了便于以后的运输,随后,这个3米多长,带有高放射性的靶件被拆成20厘米一段的长度,再放入一个专用的容器里面,等待进一步加工。

医用同位素是核医学发展的基础与核心。目前,医用同位素关键产品国产化的研发还在不断进行,未来将给更多癌症患者带去希望。

原标题:全球最大“人造太阳”,取得重大进展!

特别提示:本信息来自政府网,如有著作版权及知识产权问题请联系删除。

一带一路法律服务创新中心云平台温馨提示:

如果您有法律服务需求,请您填写以下表单并留下姓名及联系方式,平台会及时分配专业律师与您取得联系,并承诺保护您的个人隐私。

陕公网安备 61110402000106号