高20米的超大真空室，这个国家大科学装置预计明年启用！

合肥晚报报道：10月9日，合肥第四个大科学装置——聚变堆主机关键系统综合研究设施，首个进驻园区的部件已进入总装阶段。

2018年1月3日，国家发改委宣布聚变堆主机关键系统综合研究设施在合肥集中建设，这是合肥综合性国家科学中心首个落地的国家大科学装置项目。

2022年3月，聚变堆主机关键系统综合研究设施园区已正式交付启用。该设施主要为下一代聚变堆的超导磁体和偏滤器系统提供研究和环境，保障我国聚变堆核心技术发展的先进性、安全性和可靠性，加快聚变能实际应用的进程。

目前，项目主体工程正加快建设，已完成众多关键里程碑建设任务，进入了主体设施关键部件研制阶段。

“合肥的'聚变堆’设施将开展一系列关键技术预研等，为未来我国建造真正能实现核聚变发电的'聚变堆’提供核心技术基础和研究平台。”——中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所重大专项办主任刘志宏

在“聚变堆”园区11号楼，一个高度20米，外型似“橘子瓣”状的设施已经建起。据悉，该设施是“聚变堆”园区内首个进驻的部件——聚变堆主机关键系统综合研究设施1/8真空室及总体安装实验平台。

▲ 聚变堆主机关键系统综合研究设施1/8真空室及总体安装实验平台

“等离子体运行需要一个真空环境，真空室就是用来提供这个环境的，可以说，它是装置内部最靠近等离子体聚变反应物质的密封安全部件，非常重要。”——中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所重大专项办主任刘志宏

随着合肥超环（HT-7）、东方超环（EAST）、中国环流器二号（HL-2A）等一系列大型核聚变研究装置的研制成功及投入使用，标志着我国在受控热核聚变方面的研究也步入了世界先进行列。真空室作为装置最为重要的部件，相关设计方法已经经过多个装置的验证和实践的检验。

▲ 美国阿尔卡特C-Mod托卡马克装置内部

托卡马克装置是目前最有希望实现可控核聚变的大型动力能源装置之一。真空室位于超导磁体系统内部，是托卡马克装置重要的部件，其内安装大量的堆内部件，是一个环绕着等离子体的大型真空压力容器。其主要功能是为等离子体提供高质量的真空运行环境，同时也是重要的核安全屏障。

同样位于合肥的中国聚变工程实验堆（CFETR）是中国在研的新一代大型全超导托卡马克核聚变能源工程验证设施，真空室是工程设计中接口较为复杂，也是核安全部件中较为重要的大型真空压力容器，位于磁体系统内部，安装有大量的堆内部件和复杂的管路，是一个D形截面的双层壳结构的真空压力容器，环向分为16个扇形段，包含真空室主体、窗口和支撑等，是保证装置安全运行的重要的结构承力部件。极限真空度为10^-6Pa，总漏率≤5×10^-7 Pa·m³·s^-1

^{▲ CFETR 真空室总体结构示意}

真空室作为装置涉及核安全的首道安全屏障，内部安置有内中子屏蔽层（IWS），为主机及托卡马克大厅提供辐射屏蔽；外部设置有冷屏，为超导磁体系统提供绝热保护。

此外真空室主体结构还能够有效降低环向磁场的波纹度，同时也为等离子体与外界的辅助装置提供交互通道，其设有加热、诊断、电流驱动、核燃料加注、真空及遥操作提供相应的窗口，在紧急情况下，承担降低堆芯温度等一系列核安全及应急响应的功能。

▲ 真空室基本单元结构示意

未来的实际装置中，聚变堆主机关键系统综合研究设施真空室会由8个这样的“橘子瓣”环形组成。而目前建造的这台1/8真空室及总体安装实验平台，主要将针对未来聚变堆真空室建造过程中的成型、焊接、无损检测和精密装配等关键技术开展一系列研究。

刘志宏介绍，在真空室建造的过程中，已经形成了40多项专利技术。目前，该部件已进入最终的总装阶段，预计明年就可以正式启用，开展相关研究。接下来，会有更多系统和平台进驻园区，设施建设也将持续加快推进。