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走进神秘的国际热核聚变实验堆核心部件生产现场稠浊

发布时间:2016-09-28 19:09内容来源:新电力网 点击:

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在1亿度以上的超高温下,等离子相互碰撞后会发生核聚变反应,从而产生巨大的能量。这就是理想的新一代能源——核聚变的发生原理。那么,实现这一反应的核聚变设备是在什么样的车间生产出来的呢?笔者此前一直凭空想象,那是个大量使用最尖端机器人的近未来生产现场

10月10日,三菱重工业公司向媒体公开了神户造船厂的二见工厂。这里正在生产用于全球主要国家参与的国际项目——国际热核聚变实验堆(ITER)的核心部件。其生产现场的确全是高科技。不过,即使是高科技,也比较贴近“工匠的技艺”和“创造性努力”。

走进神秘的国际热核聚变实验堆核心部件生产现场稠浊

可将巨大线圈像“九连环”一样组装起来的巨大装置。

二见工厂生产的是名为“环向场线圈”的部件。虽说是部件,但其体积十分庞大,长14米,宽9米,采用形似字母“D”的环状结构。在不锈钢制容器的内侧,嵌入了多根用于产生超导现象的导线。

国际热核聚变实验堆将等离子密封在环状真空容器中。排列设置18个这种巨大的环状部件,在其内侧形成强大的磁场,以控制容器内的等离子。

精度要求比反应堆还高

虽说结构物体积庞大,但由于是在苛刻的环境下使用,因此不允许有半点误差。二见工厂此前主要生产反应堆的压力容器等。但核聚变推进室室长井上雅彦称,用于国际热核聚变实验堆项目的设备“精度要求比反应堆还要高很多”。

工厂的一角设置了一个白色的巨大装置。这也是为了实现高精度而开发的设备。在绕成字母D形状的导线上,组合使用同样焊接成字母D形状的不锈钢强化材料“辐板”(radial plate)。三菱电机公司负责线圈部分的工程师称,整个工序就像一个“九连环”。

虽说是导线,但每一根都很粗。将水平排列 4根导线做成的D字形线圈上下重叠堆放,在其中插入辐板。

说起来简单,但实际上所要求的精度水平非常高。插入辐板时,需要加大上下线圈导线的间隔。但线圈的应变必须控制在0.1%以内。需要在这个极度有限的范围内加大间隔,使辐板在旋转的同时与线圈组合在一起。

线圈周长约为30米。由于体积庞大而且非常重,根本无法进行人工作业。因此开发出了可自动完成上述向九连环一样工序的专用装置。

走进神秘的国际热核聚变实验堆核心部件生产现场稠浊

三菱电机的技术人员在介绍线圈中插入辐板的工序。

充分利用日本制造业的优势

“九连环”是整个生产工序的一部分。此外也都是一些特殊的高难度工序。比如,线圈容器与辐板的焊接。巨大的不锈钢构造很难一体成型。需要首先对多个单件进行加工,然后将这些单件焊接连在一起。

此道工序也在精度方面存在课题。通常情况下进行焊接,在焊接部分,材料无论怎样都会出现应变。焊接的零部件越厚,焊接所需时间越长,因此这一趋势会更为明显。对象物体越大,应变产生的误差就会越大。

但在辐板上,相对于设计图纸,平面上的误差必须控制在1毫米以内。这是因为,如果不这样,就无法与其他零部件组合,或者会影响到对强大电磁场的耐久性能。

三菱重工开发出了一种特殊激光焊接技术,解决了这一问题。此前,该公司为了制造反应堆等,积累了激光焊接技术。此次针对国际热核聚变实验堆对其进行了改良,提高了输出功率。

核聚变研究自正式开始以来,至今已经过去50多年时间。虽然在原理方面已经达到一定水平,但如何制作承受巨大负荷并具有极高精度的巨大结构物成为亟需解决的课题。

由于国际热核聚变实验堆是由各国政府投入巨额资金实施的计划,因此也有很多人批评称这是个“无底洞”。但可以肯定的是,这个计划让擅长创造性努力及高精度加工技术的日本制造业有了大显身手之地。(作者:熊野信一郎,日经能源环境网 供稿) 

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