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核聚变|正在进行解决 ITER 技术问题的工作

2023-01-17 13:51     来源:国际核工程     等离子体 核聚变

正在努力解决在法国组装 ITER 聚变反应堆期间在两个关键托卡马克部件中发现的缺陷。ITER 总干事 Pietro Barabaschi 最近在接受法新社采访时表示,这些问题将导致该项目的更多延误。ITER 之前的目标是到 2025 年制造等离子体,但巴拉巴斯基表示必须推迟。这两个问题是要为安装的 19 x 11 米腔室焊接在一起的块的接头尺寸不正确。第二个是隔热罩中的腐蚀痕迹。然而,他指出,此类挑战对于每一个涉及首创组件的工业企业来说都是常见的。“这里没有丑闻,”他指出。“这样的事情发生了。我见过很多这样的问题,甚至更糟。”

目前,在法国南部 Saint-Paul-les-Durance 的一个巨大塑料帐篷下的低温恒温器车间里,身穿防护服的工人们正在清洁一块隔热板的表面,该隔热板的冷却管已被剥离,最后一块去除焊缝痕迹。在组装大厅,其他工人正在组装用于支撑 440 吨真空容器扇区的平台,这是在安装垂直工具之前的准备阶段。这些活动是为托卡马克的隔热板和真空容器部门定义维修策略的计划的一部分。

ITER 表示,经过数月的讨论、测试和分析,将拆除并更换沿着真空容器隔热罩表面放置的冷却管,现在正在对要执行的维修进行清晰的了解。在这两个组件中发现的缺陷将得到修复。“内部和外部专家已经确定了原因并探索了不同的修复方案和策略。尽管细节仍有待与将被选中执行维修的承包商一起制定,但现在已经出现了清晰的画面。”

隔热板的问题是影响焊接到部件表面的冷却管的“应力腐蚀开裂”之一。在制造过程中,氯残留物被困在焊缝附近的小孔中,导致裂纹深达 2.2 毫米。该问题是在三个尚未安装的真空容器隔热板上发现的。

决定从面板上拆除并更换所有 23 公里的冷却管,并选择一种可以排除应力腐蚀开裂风险的解决方案。然而,这提出了拆除管道是否会改变面板的尺寸、刚度或它们容纳一组新管道的能力的问题。现在正在对此进行调查。

至于管道及其连接过程,已经探索了不同的解决方案。“我们研究了很多不同的选择,”ITER 托卡马克组装专家 Brian Macklin 解释说。“在管道制造中,我们将使用不同的钢材配方——更耐腐蚀。为了将管道连接到面板,我们考虑使用夹具而不是焊接,但得出的结论是焊接仍然是最好的,前提是我们使用较低能量的工艺和略有不同的焊丝。”

正在拆卸安装在双扇区子装配工具 (SSAT-1) 之一中的 1 号真空容器模块 (7),以便为热屏蔽段和真空容器现场接头的维修做准备。环形励磁线圈已从预装件中取出,到 4 月,所有隔热罩部分都将被拆除,以便进行维修。同时,8 号真空容器区将从垂直工装中取出,并移动到另一座建筑物,以便在水平位置进行维修。最后,6 号真空容器模块将于 5 月底/6 月初吊出托卡马克坑,安装在空出的 SSAT-2 上。

“我们希望在 2 月的第一周启动招标,并在 3 月底之前找到承包商,按照我们的标准,这已经非常快了,”Macklin 说。与选定的工业合作伙伴的讨论将确定组件是在现场还是在外部设施中维修。根据 Barabaschi 的说法,“少数”面板也很有可能被重新制造。“这个选项实际上可能比修理它们更便宜,”他指出,“无论如何我更愿意有一些备件。”

ITER 管理层假设冷却管中的裂纹问题可能是系统性的,影响所有隔热罩组件——包括已经安装的下部低温恒温器隔热罩。由于很难将组件抬出装配坑拥挤的环境,因此决定将原来的冷却网络留在原地,断开连接,并连接一套新的管道来代替它。

另一个组件问题涉及在已经交付的三个真空容器部分中发现的尺寸不合格。(这些部分中的一个构成了“模块”的核心,它已经在装配坑中就位。)巨大的 D 形真空容器部分由四个部分焊接在一起形成。正是在焊接过程中,扇形外壳上的不同位置出现了与标称尺寸的偏差。这些偏差比规定的限制更重要,并且修改了将在托卡马克坑中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访问和操作。

示意性地,必须填充山谷并且必须剃掉山丘以将几何形状恢复到标称并恢复将扇区焊接在一起的能力。“机加工是最好的;沉积金属的风险更大一些,”麦克林说。“我们需要结合这两种选择,我们正在尽可能地定制解决方案。只有在构建过程完全合格后才会开始维修。” 6 号扇区(已安装在装配坑中)预计填充材料的数量约为 73 公斤,1 号扇区 (7) 为 100 公斤,8 号扇区为 400 公斤,这是三个扇区中受影响最严重的扇区。

鉴于真空容器作为 ITER 装置的第一道核安全屏障的重要性,一家经批准的公告机构代表法国核监管机构 ASN (Autorité de sûreté nucléaire) 密切参与了维修方案的技术讨论。焊接沉积过程目前正在进行鉴定,沉积材料将通过射线照相或超声波检测进行 100% 无损检测。

目前无法准确估计维修的持续时间和费用。“需要大量时间,而时间总是要花钱的,”Barabaschi 说。“但我们可以利用目前的情况,重新组织和增加运行阶段的实验内容,并以最小的延迟达到全功率运行——我们真正和最终的目标。”

俄罗斯 ITER 中心私人机构(Rosatom 的一部分)主任 Anatoly Krasilnikov 表示,没有必要夸大这种情况。“对于如此大而独特的物体来说,这是正常的。以前出现过技术困难。” 他补充说,ITER 理事会将就日程安排做出关键决定,该理事会每年举行两次会议,并指出情况最终要到 2023 年底或 2024 年才能明朗化。


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