美国ITER完成中央螺线管支撑结构所有部件交付

近日，美国ITER(国际热核聚变实验堆)项目宣布，已完成中央螺线管支撑结构所有部件的交付。中央螺线管作为ITER聚变机的核心部件，高达60英尺，是一个超导磁体。其支撑结构由9000多个独立部件组成，这些部件由美国六个州的八家供应商共同制造。

美国有 8 家公司为该支撑结构制造了组件，其中包括宾夕法尼亚州的 Superbolt 公司，该公司的技术是支撑结构抵御极端力量的关键。图片来源：Superbolt

ITER项目目前正在法国进行组装，是一个国际性的合作项目，旨在发电厂相关规模上展示持续数百秒的聚变电源的生产和控制。此次部件交付的里程碑，是美国ITER工作人员和美国供应商十多年辛勤工作的结晶。参与制造的供应商包括康涅狄格州的Kamatics、印第安纳州的Major Tool & Machine、纽约州的Keller Technology、宾夕法尼亚州的Hamill Manufacturing、Precision Custom Components和Superbolt、犹他州的Petersen以及弗吉尼亚州的Robatel Technologies。

自2016年加入美国ITER项目的ORNL高级项目工程师David Vandergriff表示：“设计和制造首创的超导中央螺线管是一项重大的工程挑战。但如果没有支撑结构，这种磁体就无法为ITER发挥作用。”

中央螺线管的支撑结构可以被描述为一个外骨骼或笼子，它围绕着ITER机器中心的中央螺线管。中央螺线管由六个单独的磁铁模块堆叠而成，每个模块重121吨，负责感应启动等离子体、产生等离子体电流并在燃烧期间维持该电流所需的大部分磁通量变化。

美国ITER工程技术总监Kevin Freudenberg介绍说：“该结构的首要作用是将六个中央螺线管模块固定在位，误差严格控制在毫米级别。而在运行过程中，模块堆栈上产生的垂直力高达60兆牛顿，是航天火箭发射时力的两倍多。”

为了实现能够承受中央螺线管产生的极端力量的结构，团队克服了许多挑战。其中之一是开发27个连接器，称为连接板，它们构成支撑结构的垂直杆。连接板将螺线管基础平台上的下部键块连接到结构顶部的上部键块，形成一个围绕中央螺线管的笼子。

Freudenberg表示：“当我们开始最初的设计工作时，非常担心能否将每个垫板做成一个整体。这些部件长达50英尺，必须非常直，且符合严格的公差。我们与锻造车间和专业工程公司合作，将最初的两件式概念设计改为单件式，最终实现了这一目标。”

另一个挑战是将结构部件充分固定在一起，以承受中央螺线管产生的极端力量。为此，团队向一家开发了Superbolt®技术的美国公司求助，成功解决了这一问题。

目前，四个中央螺线管模块已安装到位，最后两个模块预计将于今年堆叠完成。研究团队期待着在法国南部的ITER现场进行支撑笼的下一阶段建造。

Freudenberg说：“对于团队来说，真正的回报是亲眼见证整个结构围绕中央螺线管组装起来，见证他们十多年的辛勤工作取得成果，并知道我们距离ITER运行又近了一步。”