日本將量產(chǎn)核聚變發(fā)電關(guān)鍵零部件
來(lái)源：參考消息網(wǎng) 時(shí)間：2024-08-22 11:33
據(jù)日本《產(chǎn)經(jīng)新聞》8月17日?qǐng)?bào)道，日本三菱重工業(yè)公司（三菱重工）等企業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)出為國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）開(kāi)發(fā)的重要零部件。這些零部件需耐受與太空探測(cè)器重返大氣層時(shí)相當(dāng)?shù)膰?yán)苛熱負(fù)荷，借助日本獨(dú)有的先進(jìn)加工技術(shù)才得以完成。
報(bào)道稱，核聚變發(fā)電被認(rèn)為是新一代能源技術(shù)，日本在相關(guān)研發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力正在增強(qiáng)。
利用核聚變反應(yīng)的新型發(fā)電方式與太陽(yáng)持續(xù)產(chǎn)生能量的原理相同，被喻為“在地面上制造太陽(yáng)”。
發(fā)生核聚變反應(yīng)需要穩(wěn)定地維持高溫、高密度的等離子體（繼固體、液體、氣體之后的物質(zhì)第四種狀態(tài)）。
負(fù)責(zé)保證等離子體純度的是被稱為“分流器”的裝置，它會(huì)將核聚變過(guò)程中產(chǎn)生的氦等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體排出。如果雜質(zhì)存在于等離子體中，等離子體的溫度就很難上升，也就無(wú)法保持穩(wěn)定的核聚變反應(yīng)。因此，分流器可以說(shuō)是核聚變反應(yīng)堆中最重要的設(shè)備之一。
分流器位于封閉等離子體的真空容器下部，是唯一能直接束縛等離子體的裝置。其耐受的熱負(fù)荷最高可達(dá)每平方米2萬(wàn)千瓦，超過(guò)小行星探測(cè)器重返大氣層時(shí)承受的熱負(fù)荷。由于需要耐受如此高的負(fù)荷，在構(gòu)成核聚變反應(yīng)堆的設(shè)備中，它被認(rèn)為是制造難度最大的。
分流器由日本、歐洲和俄羅斯各自負(fù)責(zé)制造的零件組合而成。其中，日本負(fù)責(zé)的“外部垂直靶”(OVT)主要由三菱重工和量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)和制造。
去年，“外部垂直靶”通過(guò)了ITER機(jī)構(gòu)的認(rèn)證測(cè)試。這在全球尚屬首次，證明其能夠承受核聚變反應(yīng)堆嚴(yán)苛的熱負(fù)荷?，F(xiàn)在，日方完成了實(shí)際機(jī)器大小的原型機(jī)，為實(shí)際機(jī)器的批量生產(chǎn)做好了準(zhǔn)備。
分流器是由54個(gè)“外部垂直靶”連成的一個(gè)巨大環(huán)狀設(shè)備，是真空容器的底部。加上備份，預(yù)計(jì)將生產(chǎn)58個(gè)“外部垂直靶”。
“外部垂直靶”高約1.5米，寬約0.6米，其表面被3300個(gè)鎢塊覆蓋。58個(gè)“外部垂直靶”大約需要20萬(wàn)個(gè)鎢塊。鎢塊雖然小得足以放入孩子的手掌中，卻隱藏著能耐受嚴(yán)苛熱負(fù)荷的秘密。
鎢在金屬中熔點(diǎn)最高，熱膨脹率低，可耐受超高溫環(huán)境。即便如此，如果反復(fù)暴露在等離子體的超高溫下，也有可能變形開(kāi)裂。
從事金屬精密加工等業(yè)務(wù)的日本A.L.M.T.公司，能獨(dú)家生產(chǎn)耐受熱沖擊且不開(kāi)裂的鎢。其生產(chǎn)的鎢塊即使承受1000次2000攝氏度以上的高溫負(fù)荷也不會(huì)出問(wèn)題，這是ITER機(jī)構(gòu)所要求性能的3倍以上。
量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)ITER項(xiàng)目部的高級(jí)研究員關(guān)洋治自豪地說(shuō)：“只有日本才能制造出不會(huì)開(kāi)裂的鎢。”“外部垂直靶”對(duì)側(cè)的零部件“內(nèi)部垂直靶”的制作由歐洲方面負(fù)責(zé)，使用的也是A.L.M.T.公司的鎢塊。
A.L.M.T.公司不僅生產(chǎn)材料性能非常優(yōu)異的鎢，而且在鎢塊的形狀和配置上也下了工夫。
鎢塊與鎢塊之間存在微小的縫隙，必須防止那里受熱后導(dǎo)致鎢塊側(cè)面熔化。因此，會(huì)將鎢塊的一端稍稍抬高，使其像屋頂一樣，以保護(hù)旁邊鎢塊的側(cè)面。
不同的地方受熱的方向不同，所以鎢塊的形狀也會(huì)略有不同。這就需要確保誤差在0.5毫米以內(nèi)，而日本企業(yè)的精密制造和組裝技術(shù)使生產(chǎn)這種鎢塊成為可能。
那么，為什么鎢塊之間有縫隙呢？鎢塊上有銅合金冷卻管，可以讓冷卻水流過(guò)。銅的熱膨脹率高，和鎢受熱伸長(zhǎng)的程度有差異。為應(yīng)對(duì)這一差異，需要留出適度的縫隙，而以高精度生產(chǎn)這種鎢塊的工藝也是三菱重工獨(dú)一無(wú)二的技術(shù)。
責(zé)任編輯：余璇
