四川造出 “人造太陽”TBM“外衣”

預計2025年應用於“人造太陽”的實驗中

2018年02月02日07:41  來源:成都商報電子版
 
原標題:四川造出 “人造太陽”TBM“外衣”

  “四川造”5噸級CLF-1新材料

  地球資源正在以比我們想象更快的速度消耗,如果真到了枯竭那一天,人類該怎麼辦?一個集結了包括中國在內的30多個國家的頂尖科學家團隊,正在進行目前世界上最大的科學合作工程——國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)(“人造太陽”),將一團上億℃的等離子體火球,用磁場懸浮起來,實現可控的核聚變。

  昨日,成都商報記者從西南物理研究院獲悉,該院承擔的“人造太陽”工程——氚增殖模塊(TBM)關鍵結構材料已於去年底通過西南物理研究院專家組評審,計劃2025年應用於“人造太陽”的實驗中。

  院企合作

  三年研發出“人造太陽”TBM“外衣”

  國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)是由中國、歐盟、美、日、韓、俄、印七方聯合建造的托卡馬克聚變實驗堆(俗稱“人造太陽”),用於開展聚變實驗物理和工程技術研究,為最終和平利用聚變能發電、實現磁約束聚變能商業化奠定基礎,從而解決人類社會的能源需求。

  西南物理研究院聚變科學研究所副總工程師馮開明介紹,在該項目中,中國由西南物理研究院(以下簡稱西物院)牽頭,承擔了“人造太陽”的採購包任務,其中TBM是我國最大採購包項目,氚增殖模塊(TBM)實驗是ITER計劃的三大工程之一,在涉及技術范圍最廣,系統最復雜、技術難度最大、歷時周期最長的特殊項目。

  “在TBM項目中,最關鍵的結構材料就是低活性鐵素體/馬氏體鋼(牌號CLF-1)。”馮開明介紹,研發這個材料,西物院花了很長時間,掌握了該材料的各種元素結構,但要研發制造出這個材料,必須要有企業來承擔,尋求院企合作。於是,西物院開始在全國尋找研發企業,經過對比、考察,選擇了位於綿陽的四川遠方裝備公司。2015年10月8日,雙方簽訂《核電領域核聚變反應堆關鍵特鋼部件及材料裝備零部件研發制造協議書》,同年11月,雙方簽署了《聚變堆用CLF-1鋼鑄錠工程生產開發協議書》。

  昨日,四川遠方裝備公司董事長張超杰介紹,最開始,公司根據西物院的要求,一個月內就研發出了樣品,並順利通過了驗收。雙方正式合作后,公司緊接著研發出了一噸級材料。后來又經過3年時間的研發制造,最終研發出5噸級材料。“該材料就像是TBM項目的‘外衣’,有了這個‘外衣’,才能把其他材料裝在裡面進行實驗和應用。”

  制作工藝

  第三方德國公司全程監督並認証

  看似簡單的“外衣”,在張超杰等人看來,這是一款工藝技術要求特別高的新材料,制造研發過程中,每一個流程都必須嚴格控制。

  “冶煉的工藝中,包含了裝料、融化、精煉、成分調整及出鋼,這是第一步驟,該步驟完成后,還要進行電極棒去帽口平頭、氦氣冷卻、充填、鋼錠冷卻退火、扒皮等步驟,每一步都不能出絲毫差錯。”四川遠方裝備公司研發人員張譽川說。

  那麼,整個過程難在什麼地方呢?張譽川介紹,在冶煉過程中,融化與精煉時的溫度、火候控制等等,都必須保持一個均勻的過程,鍛造時還要求有高溫均質化處理工藝,以及最后一個火次的變形量。“因為研發出的材料,必須達到西物院的技術標准,研發中的每個過程可能要重復實驗很多遍才能完成。”

  張超杰介紹,CLF-1新材料的整個研發過程,由第三方德國萊茵技術監督公司全程見証,三年時間內,德國萊茵技術監督公司的專家們全程跟蹤拍照,最后拿回德國進行鑒定,並最終認証。據了解,德國萊茵技術監督公司是德國最大的產品安全及質量認証機構,是一家德國政府公認的檢驗機構。

  “CLF-1新材料要獲得國際認可,必須要有第三方權威機構進行認証,以滿足客戶性能要求。”馮開明介紹,迄今為止,四川遠方裝備公司是我國通過第三方見証的該類型材料的唯一制造商。

  未來應用

  計劃2025年用於“人造太陽”實驗

  “產氚包層技術屬於敏感技術,是目前ITER計劃中唯一不共享的技術。氚增殖模塊(TBM)實驗,為掌握產氚包層技術奠定了基礎,對我國自主發展聚變能意義重大。目前,中方TBM項目進展及成果位居世界前列。”馮開明說。

  那麼,由四川綿陽造的CLF-1新材料,在“人造太陽”計劃中起著什麼樣的重大作用呢?對此,馮開明介紹,現在實驗用的是30公斤級、50公斤級、100公斤級等,5噸級的CLF-1新材料,就像是TBM的外衣,有了這個外衣,才能把其他材料放在裡面,安全地進行實驗。

  “該材料具有低活化、較好的高溫性能、抗蠕變性能等特點,所謂低活化,就是能夠充分抗輻射。而高溫性能,則體現在實驗中,原本裡面溫度在處理后將達到1000℃以上,但這個材料可以充分抗擊高溫。”馮開明說,“我們與遠方裝備合作開發的5噸級CLF-1研發工藝,其性能與歐洲的EUROFER和F82H鋼相當,達到了國際先進水平。”

  昨日,馮開明表示,根據“人造太陽”計劃的安排,預計2025年,將會把5噸級CLF-1新材料用於“人造太陽”的實驗中。

  “核聚變能源是人類未來的永久能源,為了保持經濟的可持續發展,中國需要發展聚變能源。”馮開明說,5噸級CLF-1新材料工藝的研發成功,將為以后6噸級、10噸級等奠定基礎,以后將更多應用於核電站等商業領域。

  昨日上午,西物院和四川遠方裝備公司還簽署了《聚變堆包層結構材料規模化國內工業生產研制領域合作框架協議》,雙方將進一步開展包層結構材料規模化工業生產技術研發和生產能力建設。西物院將根據合作的需要,適時提供材料的改進方向、技術優化需求、技術和標准等技術資料。成都商報記者 湯小均

(責編:李強強、高紅霞)