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ITER 托卡马克装置的两个关键部件发现缺陷

2022-11-23 09:25     来源:世界核新闻     工业CTX射线检测
国际热核实验反应堆 (ITER) 项目宣布在隔热罩和真空容器部分发现了缺陷,并警告说,对进度和成本的影响“不会微不足道”。

决定将已经安装在机坑中的模块抬起并拆卸,以便进行维修(图片来源:ITER)

ITER 总干事 Pietro Barabaschi 说:“如果说这种情况有什么好处的话,那就是它正在发生,我们可以解决它。我们在处理 ITER 的第一个问题时获得的专业知识-同类组件将在他们启动自己的聚变事业时为他人服务。作为一个独特而雄心勃勃的研究基础设施,ITER 的性质和使命是在建设过程中经历一系列挑战和挫折。因此,我们的任务和责任是及时通知参与的科学界,以便他们在处理相同类型的集会时采取预防措施。”

ITER 是在法国 Cadarache 建造托卡马克聚变装置的重大国际项目,旨在证明聚变作为大规模无碳能源的可行性。ITER 的目标是以 500 MW(至少连续 400 秒)运行,输入 50 MW 等离子加热功率。看来运行中可能需要额外的 300 MWe 电力输入。ITER 不会发电。

35 个国家正在合作建设 ITER - 欧盟贡献了近一半的建设成本,而其他六个成员(中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国)对其余部分的贡献相同. 建设于 2010 年开始,ITER 委员会于 2016 年将最初的 2018 年首次等离子体目标日期推迟到 2025 年。

真空容器隔热板厚约 20 毫米,有助于隔离在 4K 或负 269°C 下运行的超导磁体系统。ITER 表示,2021 年 11 月的氦气测试检测到 2020 年交付的真空容器隔热罩的一个元件发生泄漏。发现原因是冷却液管道弯曲和焊接到隔热罩面板造成的应力“由于管道焊缝附近的一些小区域存在氯残留,化学反应缓慢”。

ITER 说,这导致了“应力腐蚀开裂”,“随着时间的推移,管道中出现了深达 2.2 毫米的裂纹”。

隔热板表面焊接了总长约 23 公里的管道。在这张照片中清晰可见真空容器隔热板上的管道示例,其中显示了预组装工具中的真空容器模块(图片来源:ITER)

调查技术(高分辨率 CT 扫描、扫描电子显微镜、能量色散 X 射线光谱仪和金相观察)揭示了热屏蔽冷却管中的裂纹,如图中所示,深 2.2 毫米,横跨管道的整个宽度(图片来源:ITER)

虽然这可能是一次性问题,但它也可能影响所有隔热罩组件,Barabaschi 说他们不得不假设这是一个更广泛的问题,并解释说:“风险太高,隔热罩泄漏的后果操作期间的面板太可怕了。”

他表示,修复坑内组装模块的问题太难了,所以“我们必须将安装好的模块抬出并拆解才能进行维修。我们正在探索不同的可能性,从现场从修理到在外部设施中重新制造,可能使用不同的管道附件选项。”

ITER 解释说,真空容器部门发现的问题是,当组件的四个单独部分焊接在一起时,“与组件外壳不同位置的标称尺寸的偏差比规定的限制更大”。“这些尺寸不合格改变了将扇区焊接在一起的现场接头的几何形状,从而影响了定制自动化焊接工具的使用和操作。”

本来有计划在装配坑修复这个问题,但是Barabaschi说“热屏蔽问题现在改变了看法......因为我们需要拆卸模块来修复热屏蔽管道,是否修复的问题坑中的真空容器部分变得无关紧要。我们别无选择,只能将其移除”。

目前正在完善维修策略,评估对时间和成本的影响,并搁置真空容器组装。ITER 在 7 月告诉世界核新闻,它已经在计划修改其时间表,最近的时间表是 2025 年首次等离子体和 2035 年开始氘-氚运行。对时间的修改部分归咎于2019冠状病毒病大流行。长期担任该项目总干事的 Bernard Bigot 于 5 月去世,据说修改要到 2023 年 4 月才能达成一致——以便有时间任命新总干事并决定修改时间表。

由参与 ITER 项目的国家代表组成的 ITER 理事会于 11 月 16 日至 17 日以混合形式召开会议(上图由 ITER 提供),并敦促尽快开始必要的维修工作。该委员会还敦促“ITER 组织和国内机构共同努力,确保在整个项目范围内建立适当的质量文化,以防止此类问题再次发生”。ITER表示,理事会成员还重申了他们对ITER任务价值的坚定信念,并决心共同努力寻找及时的解决方案,以促进ITER的成功。


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