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美国田纳西大学的研究人员准备用真空压力工艺向中心螺线管导体样机注入混合材料。
利用核聚变难比登天
ITER采用了1968年苏联人发明的托卡马克装置。托卡马克又称环流器,是一个由环形封闭磁场组成的“磁笼”,高温产生的等离子体就被约束在类似于面包圈的磁笼中。托卡马克装置通过约束电磁波驱动,创造氘、氚实现聚变的环境和超高温,并实现人类对聚变反应的控制。
ITER中的托卡马克装置是一个直径超过12米、容积达837立方米的环形容器,里面环绕着超导电磁线圈。环形托卡马克装置外部的磁体能产生强烈的螺旋型磁场,能够约束热核聚变中产生的超高温等离子体。为了打造这一巨大的磁性笼子,ITER项目使用了超过10000吨的铌合金制成的超导线圈,并且仍要用低温液态氦气来降温。
巨大的能量给ITER带来了威胁,“磁笼”并非牢不可破。活动剧烈的等离子体会发射出X射线,溢出带电粒子。而且,聚变反应将产生电中性且不受磁力吸引的高能中子。尽管有“磁笼”约束,ITER的等离子体很可能会以每平方米数千千瓦的热量将外壁炸开,其破坏力将远远超过此前的任何托卡马克装置或常规核裂变反应堆。
混合材料解决难点
中心螺线管导体是“磁笼”中的重要部分,如何隔离和稳定托卡马克装置的中心螺线管非常重要。因此,寻找一种合适的材料成为打破僵局的关键。田纳西大学的研究人员发现高碱玻璃纤维和环氧基树脂的化学混合物在高温状态下仍旧保持液态,并且极难固化。这种混合材料非常适合注入到中心螺线管中。
研究人员在中心螺线管导体的样机中进行了技术测试。这种特殊的混合物不仅具有电气绝缘性,而且可以提高导体的结构强度。综合考虑温度、压力、真空环境和混合物的流量,在注入过程中需要保持平稳的速度。
马杜·马杜卡尔说:“我们加入环氧基树脂的过程,几乎是在与时间赛跑。在测试中我们发现:温度越高,环氧基树脂的粘性越低,活性也越低。”
这项技术历时2年的研究,而向中心螺线管注入混合物质的过程就需要在严密监控下持续2天时间。这项技术将转移到圣地亚哥的通用原子公司,该公司是美国ITER项目的合作伙伴,负责建造中心螺线管导体,并运送到法国。
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