世界最大聚变反应堆ITER的磁体系统完工-可满足向20万户家庭提供核电

7月1日，具有历史意义的ITER聚变能项目迎来了重要里程碑。经过二十年的设计、生产、制造和组装，这个跨越三大洲的跨国合作项目的大型环形场线圈在日本和欧洲成功完工并交付。ITER 的等离子体电流峰值将达到 1500 万安培，将创下全球托卡马克装置的记录。

日本文部科学大臣森山正人、意大利环境与能源安全部长吉尔伯托·皮凯托·弗拉廷将与其他ITER成员国官员共同出席了庆祝仪式。

ITER，世界上最大的核聚变实验项目，随着其核心所需特殊磁体的成功运抵法国南部，现已更接近启动

在全球寻求更佳的无碳能源生产方式的背景下，核聚变反应呈现出一个可行的解决方案，能够根据需求进行控制。该领域的最新进展已经证明，实现从核聚变中获取能源是可能的。目前，超过30个国家正合作在法国建造国际热核聚变实验反应堆(ITER)。

ITER项目采用了托卡马克方法，即在环形真空室内注入氢燃料并加热至产生等离子体，模拟太阳的环境。在高达1.5亿度的极端高温下，触发聚变反应。

ITER 的巨型磁体

然而，为保证反应进行，等离子体必须被约束在反应堆内，这一任务由巨型超导磁体完成。

ITER的巨型磁体设计采用了铌锡和铌钛材料。这些线圈在通电后被冷却至接近绝对零度(-269摄氏度)，从而实现超导状态。

ITER项目将通过三种不同的磁体配置来构建一个隐形的磁场笼，用以包含等离子体。18个D形的环形磁体构成外部甜甜圈形状，六块磁体组成的一组将水平环绕托卡马克，协助控制等离子体形状，而中央螺线管则利用能量脉冲在等离子体中产生电流。

ITER的等离子体电流峰值将达到1500万安培，创下了全球托卡马克装置的记录。在磁场方面，设计的总磁能为41千兆焦耳，是地球磁场的250,000倍。

这些强力磁体是怎样制造的?

这些强力磁体的制造过程极为复杂。每个环形磁体高55英尺(17米)，宽近30英尺(9米)，重360吨。10个磁体由Fusion for Energy在欧洲制造，而日本国家量子科学技术研究所(QST)制造了其中的8个线圈外加一个备用线圈。

制造过程从将铌锡线与铜线缠绕成绳状结构开始，然后将其插入一个设计有中心通道的钢套中，以便氦气可以流过。这种结构被称为导体。

为了制造D形磁体，将近2,500英尺(750米)的导体被弯曲成双螺旋轨迹，并加热至1200华氏度(650摄氏度)，然后嵌入到不锈钢制成的D形径向板中。导体随后被玻璃和Kapton胶带包裹绝缘，并用激光焊接与盖板结合，形成双饼结构。该结构经过绝缘、树脂注入以增强强度。

最终，七个这样的双饼结构被用来制造绕组包，这是D形磁体的核心部分，并被连接起来以形成电流。绕组包被绝缘、热处理并注入树脂，然后嵌入到一个200吨的不锈钢箱中，该箱体足够坚固以承受等离子体运动和聚变能量产生的力。

组装完成后，ITER聚变反应堆将产生500兆瓦的峰值热能。如果连接到电网，它将能够持续产生200兆瓦的电力，足以满足20万户家庭的用电需求。