国际“人造太阳”总装工程启动 中国钨业功不可没

7月28日，国际“人造太阳”ITER（国际热核聚变实验堆）总装工程在圣保罗正式启动，这意味着人类探索未来清洁能源及应对气候变化的重大进展。据中钨在线了解，中国钨业为这项事业做出了功不可没的贡献。

ITER计划组织总干事比戈表示，中国将以其快速的工程反应和科研进步，成为各合作方中兑现国际承诺的典范。

ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。而钨材料的设计与研发是中国对该项目的重要支持之一。

钨具有高熔点、高热导率、低氢吸附、低物理溅射率、高溅射阈值能量、低燃料滞留、低中子活化与抗辐射损伤等优异特性，是聚变实验堆及示范堆中承受高热负荷的面向等离子体材料(PFM)的首选，通常应用于偏滤器的内外靶板位置，以及作为偏滤器上的诊断探针。

ITER装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置。它的中央是一个环形真空，外面围绕着线圈，当通电时其内部会产生巨大螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高温度，以实现受控核聚变。受控核聚变通过控制燃料氘与氚粒子聚变反应输出清洁安全能源，将成为解决人类能源与环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。

面向等离子材料是实现高温等离子体稳定运行与核聚变实验堆计划成功的关键因素之一。偏滤器部件是ITER装置放电过程中控制杂质和燃料再循环、排出来自中心等离子体的热流和粒子流以及氦灰的重要部件。在开展了多年的研发工作之后，ITER最终在2015年初讨论决定采用全钨偏滤器的设计。

钨偏滤器将等离子体与第一壁进行隔绝并且对流入杂质进行屏蔽，作为与高温气体直接接触的金属。钨探针主要是用来测量偏滤器靶板附近等离子体的温度、密度和离子循环等相关信息。

作为高温等离子体外围的第一道屏障，钨材料需要经受束流密度高达10^24m^2/s的D/T（氘/氚）等离子体辐照，10MW/m2左右瞬态热冲击，以及高能14 MeV的聚变中子辐照。极端恶劣的工作环境决定了对钨材料设计和制造的高标准和高要求，比如钨材应具备较强的韧性，以缓解钨的辐照脆性、再结晶脆性和低温脆性，从而提高其在中子/热流/离子辐照下的性能。

根据中钨在线了解，为了使钨材的各方面性能满足偏滤器的要求，国内钨企业不断向高质量和高技术的方向探索，并且其产品的加工能力与适应能力得到业界的高度认可。

据悉，国际上首次钨偏滤器在核聚变实验装置上的投入运行是在2014年，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所（简称“合肥研究院”）在中国“人造太阳”EAST上实现。此后该所分别在2015年与2016年完成了法国原子能委员会WEST托卡马克实验装置以及ITER装置的钨偏滤器高热负荷测试。这意味着合肥研究院在钨偏滤器部件方面的研制取得一次又一次的突破。

而ITER钨探针（朗缪尔探针）是中国承担的采购包项目之一，由中核集团核工业西南物理研究院和国内钨企业共同承担。据了解，整个“人造太阳”装置中将安装约400个探针。2019年初，ITER朗缪尔探针组件首批钨部件在法国ITER执行中心正式交付，并运往德国、日本和荷兰的实验室进行测试，成为进入测试的首批基础性部件。

当然，除钨以外，中国在其他材料技术方面也为ITER装置做出了巨大贡献。如合肥研究院承担了计划中的导体、校正场线圈、超导馈线、电源、诊断、总装等采购包的研制工作；中国国际核聚变能源计划执行中心、核工业西南物理研究院以及国内相关企业完成了首批环向场线圈支撑部件、首批1号极向场线圈支撑系统部件、以及第二批校正场线圈支撑部件的验收交付工作。这三个批次部件将应用于ITER装置的磁体支撑系统。

据了解，国际热核聚变实验堆托卡马克装置的首个组装部件——外层杜瓦底座，已在今年5月底吊装成功，预计整个总装工程将持续4到5年。目前，国际热核聚变实验堆计划已设定目标，在2025年产生第一束等离子体。

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