日本將量產核聚變發電關鍵零部件
來源：參考消息網 時間：2024-08-22 11:33
據日本《產經新聞》8月17日報道，日本三菱重工業公司（三菱重工）等企業已經生產出為國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）開發的重要零部件。這些零部件需耐受與太空探測器重返大氣層時相當的嚴苛熱負荷，借助日本獨有的先進加工技術才得以完成。
報道稱，核聚變發電被認為是新一代能源技術，日本在相關研發領域的技術實力正在增強。
利用核聚變反應的新型發電方式與太陽持續產生能量的原理相同，被喻為“在地面上制造太陽”。
發生核聚變反應需要穩定地維持高溫、高密度的等離子體（繼固體、液體、氣體之后的物質第四種狀態）。
負責保證等離子體純度的是被稱為“分流器”的裝置，它會將核聚變過程中產生的氦等雜質轉化為氣體排出。如果雜質存在于等離子體中，等離子體的溫度就很難上升，也就無法保持穩定的核聚變反應。因此，分流器可以說是核聚變反應堆中最重要的設備之一。
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。其耐受的熱負荷最高可達每平方米2萬千瓦，超過小行星探測器重返大氣層時承受的熱負荷。由于需要耐受如此高的負荷，在構成核聚變反應堆的設備中，它被認為是制造難度最大的。
分流器由日本、歐洲和俄羅斯各自負責制造的零件組合而成。其中，日本負責的“外部垂直靶”(OVT)主要由三菱重工和量子科學技術研究開發機構開發和制造。
去年，“外部垂直靶”通過了ITER機構的認證測試。這在全球尚屬首次，證明其能夠承受核聚變反應堆嚴苛的熱負荷。現在，日方完成了實際機器大小的原型機，為實際機器的批量生產做好了準備。
分流器是由54個“外部垂直靶”連成的一個巨大環狀設備，是真空容器的底部。加上備份，預計將生產58個“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個鎢塊覆蓋。58個“外部垂直靶”大約需要20萬個鎢塊。鎢塊雖然小得足以放入孩子的手掌中，卻隱藏著能耐受嚴苛熱負荷的秘密。
鎢在金屬中熔點最高，熱膨脹率低，可耐受超高溫環境。即便如此，如果反復暴露在等離子體的超高溫下，也有可能變形開裂。
從事金屬精密加工等業務的日本A.L.M.T.公司，能獨家生產耐受熱沖擊且不開裂的鎢。其生產的鎢塊即使承受1000次2000攝氏度以上的高溫負荷也不會出問題，這是ITER機構所要求性能的3倍以上。
量子科學技術研究開發機構ITER項目部的高級研究員關洋治自豪地說：“只有日本才能制造出不會開裂的鎢。”“外部垂直靶”對側的零部件“內部垂直靶”的制作由歐洲方面負責，使用的也是A.L.M.T.公司的鎢塊。
A.L.M.T.公司不僅生產材料性能非常優異的鎢，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致鎢塊側面熔化。因此，會將鎢塊的一端稍稍抬高，使其像屋頂一樣，以保護旁邊鎢塊的側面。
不同的地方受熱的方向不同，所以鎢塊的形狀也會略有不同。這就需要確保誤差在0.5毫米以內，而日本企業的精密制造和組裝技術使生產這種鎢塊成為可能。
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。銅的熱膨脹率高，和鎢受熱伸長的程度有差異。為應對這一差異，需要留出適度的縫隙，而以高精度生產這種鎢塊的工藝也是三菱重工獨一無二的技術。
責任編輯：余璇
