四川造出 “人造太阳”TBM“外衣”

预计2025年应用于“人造太阳”的实验中

2018年02月02日07:41  来源:成都商报电子版
 
原标题:四川造出 “人造太阳”TBM“外衣”

  “四川造”5吨级CLF-1新材料

  地球资源正在以比我们想象更快的速度消耗,如果真到了枯竭那一天,人类该怎么办?一个集结了包括中国在内的30多个国家的顶尖科学家团队,正在进行目前世界上最大的科学合作工程——国际热核聚变实验堆计划(ITER)(“人造太阳”),将一团上亿℃的等离子体火球,用磁场悬浮起来,实现可控的核聚变。

  昨日,成都商报记者从西南物理研究院获悉,该院承担的“人造太阳”工程——氚增殖模块(TBM)关键结构材料已于去年底通过西南物理研究院专家组评审,计划2025年应用于“人造太阳”的实验中。

  院企合作

  三年研发出“人造太阳”TBM“外衣”

  国际热核聚变实验堆计划(ITER)是由中国、欧盟、美、日、韩、俄、印七方联合建造的托卡马克聚变实验堆(俗称“人造太阳”),用于开展聚变实验物理和工程技术研究,为最终和平利用聚变能发电、实现磁约束聚变能商业化奠定基础,从而解决人类社会的能源需求。

  西南物理研究院聚变科学研究所副总工程师冯开明介绍,在该项目中,中国由西南物理研究院(以下简称西物院)牵头,承担了“人造太阳”的采购包任务,其中TBM是我国最大采购包项目,氚增殖模块(TBM)实验是ITER计划的三大工程之一,在涉及技术范围最广,系统最复杂、技术难度最大、历时周期最长的特殊项目。

  “在TBM项目中,最关键的结构材料就是低活性铁素体/马氏体钢(牌号CLF-1)。”冯开明介绍,研发这个材料,西物院花了很长时间,掌握了该材料的各种元素结构,但要研发制造出这个材料,必须要有企业来承担,寻求院企合作。于是,西物院开始在全国寻找研发企业,经过对比、考察,选择了位于绵阳的四川远方装备公司。2015年10月8日,双方签订《核电领域核聚变反应堆关键特钢部件及材料装备零部件研发制造协议书》,同年11月,双方签署了《聚变堆用CLF-1钢铸锭工程生产开发协议书》。

  昨日,四川远方装备公司董事长张超杰介绍,最开始,公司根据西物院的要求,一个月内就研发出了样品,并顺利通过了验收。双方正式合作后,公司紧接着研发出了一吨级材料。后来又经过3年时间的研发制造,最终研发出5吨级材料。“该材料就像是TBM项目的‘外衣’,有了这个‘外衣’,才能把其他材料装在里面进行实验和应用。”

  制作工艺

  第三方德国公司全程监督并认证

  看似简单的“外衣”,在张超杰等人看来,这是一款工艺技术要求特别高的新材料,制造研发过程中,每一个流程都必须严格控制。

  “冶炼的工艺中,包含了装料、融化、精炼、成分调整及出钢,这是第一步骤,该步骤完成后,还要进行电极棒去帽口平头、氦气冷却、充填、钢锭冷却退火、扒皮等步骤,每一步都不能出丝毫差错。”四川远方装备公司研发人员张誉川说。

  那么,整个过程难在什么地方呢?张誉川介绍,在冶炼过程中,融化与精炼时的温度、火候控制等等,都必须保持一个均匀的过程,锻造时还要求有高温均质化处理工艺,以及最后一个火次的变形量。“因为研发出的材料,必须达到西物院的技术标准,研发中的每个过程可能要重复实验很多遍才能完成。”

  张超杰介绍,CLF-1新材料的整个研发过程,由第三方德国莱茵技术监督公司全程见证,三年时间内,德国莱茵技术监督公司的专家们全程跟踪拍照,最后拿回德国进行鉴定,并最终认证。据了解,德国莱茵技术监督公司是德国最大的产品安全及质量认证机构,是一家德国政府公认的检验机构。

  “CLF-1新材料要获得国际认可,必须要有第三方权威机构进行认证,以满足客户性能要求。”冯开明介绍,迄今为止,四川远方装备公司是我国通过第三方见证的该类型材料的唯一制造商。

  未来应用

  计划2025年用于“人造太阳”实验

  “产氚包层技术属于敏感技术,是目前ITER计划中唯一不共享的技术。氚增殖模块(TBM)实验,为掌握产氚包层技术奠定了基础,对我国自主发展聚变能意义重大。目前,中方TBM项目进展及成果位居世界前列。”冯开明说。

  那么,由四川绵阳造的CLF-1新材料,在“人造太阳”计划中起着什么样的重大作用呢?对此,冯开明介绍,现在实验用的是30公斤级、50公斤级、100公斤级等,5吨级的CLF-1新材料,就像是TBM的外衣,有了这个外衣,才能把其他材料放在里面,安全地进行实验。

  “该材料具有低活化、较好的高温性能、抗蠕变性能等特点,所谓低活化,就是能够充分抗辐射。而高温性能,则体现在实验中,原本里面温度在处理后将达到1000℃以上,但这个材料可以充分抗击高温。”冯开明说,“我们与远方装备合作开发的5吨级CLF-1研发工艺,其性能与欧洲的EUROFER和F82H钢相当,达到了国际先进水平。”

  昨日,冯开明表示,根据“人造太阳”计划的安排,预计2025年,将会把5吨级CLF-1新材料用于“人造太阳”的实验中。

  “核聚变能源是人类未来的永久能源,为了保持经济的可持续发展,中国需要发展聚变能源。”冯开明说,5吨级CLF-1新材料工艺的研发成功,将为以后6吨级、10吨级等奠定基础,以后将更多应用于核电站等商业领域。

  昨日上午,西物院和四川远方装备公司还签署了《聚变堆包层结构材料规模化国内工业生产研制领域合作框架协议》,双方将进一步开展包层结构材料规模化工业生产技术研发和生产能力建设。西物院将根据合作的需要,适时提供材料的改进方向、技术优化需求、技术和标准等技术资料。成都商报记者 汤小均

(责编:李强强、高红霞)