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日将量产核聚变发电关键零部件


参考消息网8月20日报道 据日本《产经新闻》8月17日报道,日本三菱重工业公司(三菱重工)等企业已经生产出为国际热核聚变实验反应堆(ITER)开发的重要零部件。这些零部件需耐受与太空探测器重返大气层时相当的严苛热负荷,借助日本独有的先进加工技术才得以完成。

报道称,核聚变发电被认为是新一代能源技术,日本在相关研发领域的技术实力正在增强。

利用核聚变反应的新型发电方式与太阳持续产生能量的原理相同,被喻为“在地面上制造太阳”。

发生核聚变反应需要稳定地维持高温、高密度的等离子体(继固体、液体、气体之后的物质第四种状态)。

负责保证等离子体纯度的是被称为“分流器”的装置,它会将核聚变过程中产生的氦等杂质转化为气体排出。如果杂质存在于等离子体中,等离子体的温度就很难上升,也就无法保持稳定的核聚变反应。因此,分流器可以说是核聚变反应堆中最重要的设备之一。

分流器位于封闭等离子体的真空容器下部,是唯一能直接束缚等离子体的装置。其耐受的热负荷最高可达每平方米2万千瓦,超过小行星探测器重返大气层时承受的热负荷。由于需要耐受如此高的负荷,在构成核聚变反应堆的设备中,它被认为是制造难度最大的。

分流器由日本、欧洲和俄罗斯各自负责制造的零件组合而成。其中,日本负责的“外部垂直靶”(OVT)主要由三菱重工和量子科学技术研究开发机构开发和制造。

去年,“外部垂直靶”通过了ITER机构的认证测试。这在全球尚属首次,证明其能够承受核聚变反应堆严苛的热负荷。现在,日方完成了实际机器大小的原型机,为实际机器的批量生产做好了准备。

分流器是由54个“外部垂直靶”连成的一个巨大环状设备,是真空容器的底部。加上备份,预计将生产58个“外部垂直靶”。

“外部垂直靶”高约1.5米,宽约0.6米,其表面被3300个钨块覆盖。58个“外部垂直靶”大约需要20万个钨块。钨块虽然小得足以放入孩子的手掌中,却隐藏着能耐受严苛热负荷的秘密。

钨在金属中熔点最高,热膨胀率低,可耐受超高温环境。即便如此,如果反复暴露在等离子体的超高温下,也有可能变形开裂。

从事金属精密加工等业务的日本A.L.M.T.公司,能独家生产耐受热冲击且不开裂的钨。其生产的钨块即使承受1000次2000摄氏度以上的高温负荷也不会出问题,这是ITER机构所要求性能的3倍以上。

量子科学技术研究开发机构ITER项目部的高级研究员关洋治自豪地说:“只有日本才能制造出不会开裂的钨。”“外部垂直靶”对侧的零部件“内部垂直靶”的制作由欧洲方面负责,使用的也是A.L.M.T.公司的钨块。

A.L.M.T.公司不仅生产材料性能非常优异的钨,而且在钨块的形状和配置上也下了工夫。

钨块与钨块之间存在微小的缝隙,必须防止那里受热后导致钨块侧面熔化。因此,会将钨块的一端稍稍抬高,使其像屋顶一样,以保护旁边钨块的侧面。

不同的地方受热的方向不同,所以钨块的形状也会略有不同。这就需要确保误差在0.5毫米以内,而日本企业的精密制造和组装技术使生产这种钨块成为可能。

那么,为什么钨块之间有缝隙呢?钨块上有铜合金冷却管,可以让冷却水流过。铜的热膨胀率高,和钨受热伸长的程度有差异。为应对这一差异,需要留出适度的缝隙,而以高精度生产这种钨块的工艺也是三菱重工独一无二的技术。(编译/刘洁秋)