八分之一真空室及總體安裝系統(tǒng)

科研人員對(duì)“橘子瓣”外輪廓進(jìn)行檢測(cè)

管管自動(dòng)焊接系統(tǒng)解決狹窄空間焊接難題

3月9日，大科學(xué)裝置“夸父”學(xué)名聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（英文簡(jiǎn)稱“CRAFT”）傳來(lái)最新進(jìn)展：其八分之一真空室及總體安裝系統(tǒng)通過(guò)專家組測(cè)試與驗(yàn)收，系統(tǒng)研制水平及運(yùn)行能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

在驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)，科研專家表示：“我們已經(jīng)為下一代聚變堆的建設(shè)做好了充足的準(zhǔn)備。”

窺一“瓣”可見全“橘”，技術(shù)已滿足聚變堆建設(shè)需求

走進(jìn)位于合肥未來(lái)大科學(xué)城的驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)，可以看見一個(gè)類似巨大“橘子瓣”的部件，高近20米，重295噸，這就是CRAFT的核心部件八分之一真空室及總體安裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

八個(gè)“橘子瓣”將組成一個(gè)“大橘子”，成為未來(lái)“人造太陽(yáng)”的重要組成部分，相當(dāng)于是一個(gè)鍋爐，能夠?yàn)樯蟽|度的等離子體運(yùn)行提供高質(zhì)量的真空環(huán)境。

八分之一真空室及總體安裝系統(tǒng)通過(guò)專家組測(cè)試與驗(yàn)收，意味著聚變堆大環(huán)形的建設(shè)，已經(jīng)具備了充分的技術(shù)實(shí)力和人才儲(chǔ)備。

“通過(guò)該系統(tǒng)的研發(fā)，我們已經(jīng)完全掌握了未來(lái)對(duì)于聚變堆、環(huán)形360度真空室的關(guān)鍵技術(shù)，不僅能夠?yàn)檎诮ㄔO(shè)中的BEST提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，也完全滿足和匹配未來(lái)建堆需求。”中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所研究員劉志宏介紹。

怎么讓“橘子”又“圓”又“整”？10年攻克關(guān)鍵技術(shù)

八分之一真空室及總體安裝系統(tǒng)從預(yù)研、研制、調(diào)試到正式建成并通過(guò)驗(yàn)收，歷時(shí)十年攻關(guān)。

“在聚變堆中，真空室是離堆芯最近的核安全屏障。它不僅能保障上億度等離子體在裝置中的運(yùn)行，也為超導(dǎo)磁體提供安全屏障，對(duì)精度、焊接水準(zhǔn)、磁導(dǎo)率等提出了超高要求。”劉志宏表示。

要讓整個(gè)“橘子”又“圓”又“整”，嚴(yán)絲合縫，滿足極端實(shí)驗(yàn)條件，就必須在“八分之一”上做文章，逐一攻克大型聚變堆真空室設(shè)計(jì)、成形、焊接、裝配和無(wú)損檢測(cè)等難關(guān)。因此八分之一真空室在研究中即構(gòu)建了高載荷、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻照等極端工況設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)體系。

劉志宏介紹，八分之一真空室輪廓度要求在±8個(gè)毫米之間，所有焊縫滿足ISO 5817-B級(jí)這一最高級(jí)焊縫等級(jí)要求，焊縫磁導(dǎo)率要求是小于0.15個(gè)μ。“我們采用了特種焊接技術(shù)，并使用變形控制等多項(xiàng)措施，以滿足其精度要求和力學(xué)性能。”中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所副研究員馬建國(guó)表示。

使用機(jī)器人進(jìn)行可集成在線自動(dòng)化焊接與無(wú)損檢測(cè)，管管自動(dòng)焊接系統(tǒng)可在最窄70mm的空間內(nèi)進(jìn)行焊接操作……在八分之一真空室這一“原型機(jī)”的實(shí)驗(yàn)中，科研人員已經(jīng)掌握了大型雙曲面殼體精密成型、復(fù)雜密集焊縫微變形焊接、在線加工、磁導(dǎo)率控制、大視場(chǎng)動(dòng)靜態(tài)準(zhǔn)直測(cè)量、在線自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。并形成了40余項(xiàng)發(fā)明專利，相關(guān)技術(shù)還拓展應(yīng)用于粒子加速器、精密機(jī)械、電子科技、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

“夸父”逐日，19項(xiàng)子系統(tǒng)將于今年逐一驗(yàn)收

在掌握聚變堆關(guān)鍵技術(shù)之外，“橘子瓣”的研究還為未來(lái)聚變堆主機(jī)真空室內(nèi)部部件的安裝、檢測(cè)、調(diào)試和遙操作研究提供了一個(gè)全尺寸的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

“下一階段是完成整個(gè)遙操作系統(tǒng)，也就是機(jī)器人、機(jī)械臂系統(tǒng)的精準(zhǔn)操控。讓60噸的重載部件能夠在真空室內(nèi)實(shí)現(xiàn)吊裝和精確定位，復(fù)雜的部件也能夠在真空室內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的切割、焊接和無(wú)損檢測(cè)。”劉志宏說(shuō)。

八分之一真空室及總體安裝系統(tǒng)還只是“夸父”19項(xiàng)子系統(tǒng)中的關(guān)鍵1項(xiàng)，隨著聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施各子系統(tǒng)的相繼研制成功及投入運(yùn)行，逐步形成了從基礎(chǔ)研究到技術(shù)驗(yàn)證和工程應(yīng)用的完整鏈條，為聚變堆的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。“今年，我們19個(gè)系統(tǒng)都將陸續(xù)進(jìn)行驗(yàn)收。”劉志宏表示。

據(jù)介紹，作為“國(guó)之重器”，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施是國(guó)家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該項(xiàng)目全面建成后，將為我國(guó)開發(fā)清潔安全高效的聚變能源提供重要支撐。

合肥日?qǐng)?bào) 合肥晚報(bào) 合新聞?dòng)浾邚堄裆?文 李康佳/攝