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大國重器,東方超環

技術中心


7月21日,《科技日報》頭版頭條刊發“打造原創技術策源地”特別策劃——中國鋼研:自主研發“人造太陽”關鍵核心部件。


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去年5月,國家重大科技基礎設施EAST全超導托卡馬克裝置(“東方超環”)傳來捷報:實現可重復的1.2億攝氏度101秒等離子體運行和1.6億攝氏度20秒等離子體運行,再次創造托卡馬克實驗裝置運行新的世界紀錄。

“東方超環”的偏濾器由中國鋼研科技集團有限公司(以下簡稱中國鋼研)所屬安泰科技股份有限公司(以下簡稱安泰科技)研制。法國超導托卡馬克裝置(WEST)所采用的偏濾器也由我司獨家供貨,同時我們還是國際熱核聚變實驗堆(ITER)鎢銅偏濾器的關鍵供應商。

“人造太陽”之稱的核聚變實驗裝置“東方超環”運行條件極其嚴苛。裝置中的偏濾器所扮演的角色就像汽車發動機的排氣口,核聚變反應的產物需要通過偏濾器排出去。偏濾器不斷承受最為嚴酷的高溫和粒子流的沖擊,瞬態高溫比火箭噴射的火焰溫度還要高。

作為核聚變領域使用條件最為苛刻的部件之一,偏濾器直接承受高溫等離子體最嚴酷的熱和粒子流沖擊,對材料選擇提出了嚴苛的要求。EAST最初采用的石墨或鎢單體材料,只能在低功率試驗條件下維持數秒,無法滿足高功率長脈沖的工程使用要求,鎢銅復合組件成為理想的候選方案??茖W家們逐漸把目光投向鎢這種最耐高溫的金屬,并認為鎢銅復合組件是核聚變裝置偏濾器最理想的選擇。

作為最耐高溫的金屬材料,鎢的熔點是3400多攝氏度,在上億攝氏度高溫之下會熔化甚至揮發。用鎢包裹著銅,銅的導熱性很強,銅管里再使用冷卻水迅速把熱量帶走。這樣,鎢銅復合材料就能長時間經受高溫等離子體的沖擊。

如何實現鎢銅復合的無縫銜接是關鍵的技術難點。當初,面對國外技術壁壘,“東方超環”找到了國內在高溫難熔金屬領域首屈一指的研發生產機構——中國鋼研,并提出了研發鎢銅偏濾器的需求。

于是安泰科技自2008年起便懷揣著“人造太陽”的夢想開啟了鎢銅偏濾器研制之路。項目組充分發揮公司在金屬材料和金屬擴散連接方面的技術、設備和產業化優勢,開發出具有自主知識產權的“兩步熱等靜壓擴散焊接”金屬復合技術,實現了鎢銅復合組件高質量異種材料連接,獲得優異的界面性能,在國際上首次實現了主動水冷全鎢偏濾器產品批量交付和裝機使用,通過了ITER組織安排的5000次10MW/m2+300次20MW/m2的高熱負荷測試。2021年5月28日,國家重大科技基礎設施EAST實現了可重復1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行,再次創造托卡馬克實驗裝置世界新紀錄,安泰科技獨家供應的EAST上/下偏濾器鎢銅復合部件為中國“人造太陽”和“中國聚變夢”作出了重要貢獻,彰顯了公司在金屬復合材料開發方面的硬核實力和使命擔當。


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十年磨一劍,出鞘必鋒芒。搭乘“東方超環”等國家大科學工程,安泰科技金屬復合材料技術不斷創新突破,已躋身世界領先水平。除了為ITER、EAST和WEST核聚變裝置提供偏濾器關鍵組件,鎢銅復合組件還廣泛應用于大型國產化醫療裝備、雷達用關鍵零部件。項目開發的異種材料連接技術應用于第三代核電AP1000主泵推力盤、國家大科學工程散裂中子源核心部件靶體插件、液體發動機推力室異質材料連接、電子用銅鋁冷區盤以及冶金用復合軋輥等,滿足了核電、航空航天、石油等領域國家關鍵裝備和重大科學工程的需要,這項硬核技術正在持續發揮服務國家戰略的硬核作用。

 


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