日本将量产核聚变发电关键零部件

来源：参考消息网 时间：2024-08-22 11:33

　　据日本《产经新闻》8月17日报道，日本三菱重工业公司（三菱重工）等企业已经生产出为国际热核聚变实验反应堆（ITER）开发的重要零部件。这些零部件需耐受与太空探测器重返大气层时相当的严苛热负荷，借助日本独有的先进加工技术才得以完成。

　　报道称，核聚变发电被认为是新一代能源技术，日本在相关研发领域的技术实力正在增强。

　　利用核聚变反应的新型发电方式与太阳持续产生能量的原理相同，被喻为“在地面上制造太阳”。

　　发生核聚变反应需要稳定地维持高温、高密度的等离子体（继固体、液体、气体之后的物质第四种状态）。

　　负责保证等离子体纯度的是被称为“分流器”的装置，它会将核聚变过程中产生的氦等杂质转化为气体排出。如果杂质存在于等离子体中，等离子体的温度就很难上升，也就无法保持稳定的核聚变反应。因此，分流器可以说是核聚变反应堆中最重要的设备之一。

　　分流器位于封闭等离子体的真空容器下部，是唯一能直接束缚等离子体的装置。其耐受的热负荷最高可达每平方米2万千瓦，超过小行星探测器重返大气层时承受的热负荷。由于需要耐受如此高的负荷，在构成核聚变反应堆的设备中，它被认为是制造难度最大的。

　　分流器由日本、欧洲和俄罗斯各自负责制造的零件组合而成。其中，日本负责的“外部垂直靶”(OVT)主要由三菱重工和量子科学技术研究开发机构开发和制造。

　　去年，“外部垂直靶”通过了ITER机构的认证测试。这在全球尚属首次，证明其能够承受核聚变反应堆严苛的热负荷。现在，日方完成了实际机器大小的原型机，为实际机器的批量生产做好了准备。

　　分流器是由54个“外部垂直靶”连成的一个巨大环状设备，是真空容器的底部。加上备份，预计将生产58个“外部垂直靶”。

　　“外部垂直靶”高约1.5米，宽约0.6米，其表面被3300个钨块覆盖。58个“外部垂直靶”大约需要20万个钨块。钨块虽然小得足以放入孩子的手掌中，却隐藏着能耐受严苛热负荷的秘密。

　　钨在金属中熔点最高，热膨胀率低，可耐受超高温环境。即便如此，如果反复暴露在等离子体的超高温下，也有可能变形开裂。

　　从事金属精密加工等业务的日本A.L.M.T.公司，能独家生产耐受热冲击且不开裂的钨。其生产的钨块即使承受1000次2000摄氏度以上的高温负荷也不会出问题，这是ITER机构所要求性能的3倍以上。

　　量子科学技术研究开发机构ITER项目部的高级研究员关洋治自豪地说：“只有日本才能制造出不会开裂的钨。”“外部垂直靶”对侧的零部件“内部垂直靶”的制作由欧洲方面负责，使用的也是A.L.M.T.公司的钨块。

　　A.L.M.T.公司不仅生产材料性能非常优异的钨，而且在钨块的形状和配置上也下了工夫。

　　钨块与钨块之间存在微小的缝隙，必须防止那里受热后导致钨块侧面熔化。因此，会将钨块的一端稍稍抬高，使其像屋顶一样，以保护旁边钨块的侧面。

　　不同的地方受热的方向不同，所以钨块的形状也会略有不同。这就需要确保误差在0.5毫米以内，而日本企业的精密制造和组装技术使生产这种钨块成为可能。

　　那么，为什么钨块之间有缝隙呢？钨块上有铜合金冷却管，可以让冷却水流过。铜的热膨胀率高，和钨受热伸长的程度有差异。为应对这一差异，需要留出适度的缝隙，而以高精度生产这种钨块的工艺也是三菱重工独一无二的技术。

责任编辑：余璇