重达8吨!ITER 大型低温泵真空体系慎重进入调试阶段
▲ITER 在低温工厂内树立的低温泵测验设备,该设备的中心是一个大型圆柱真空腔体(图右),衔接至低温流体分配单元,运转时 ITER低温泵的低温负载估计占工厂总负荷的25%。
想要到达 ITER 真空腔体所需的超高真空环境,仅靠机械真空泵是没办法完成的。ITER 联合德国研讨仪器公司,研制了大型低温泵。
低温泵的作业原理主要是使用极低温外表冷凝和吸附气体分子来完成抽气,一般由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板组成。其气体分子吸附强度与温度成反比:外表温度越低,吸附力越强。其具体作业进程如下:
●冷凝进程:低温泵内的冷板温度极低,气体分子在冷板上冷凝,构成凝聚物。冷凝的平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。
●吸附进程:气体分子被吸附到涂在冷板上的吸附剂外表上,吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。
●捕集进程:在抽气温度下不能冷凝的气体分子被一向增加的可冷凝气体层掩埋和吸附。
▲一般低温泵的结构示意图:1-障板;2-泵体;3-二级冷头;4-冷板;5-80 K辐射量;6-活性炭;7-一级冷头;8-制冷机;9-温度传感器接口;10-排气阀
ITER测验的低温泵将经过碳涂层吸附板捕获粒子,这些吸附板被冷却至挨近绝对零度(4 K,即-269C)。据悉,欧洲担任收购的6台环形低温泵将安装在托卡马克线台衔接至低温恒温器。现在已有5台低温泵已交给,剩下3台估计很快抵达 ITER。
ITER 低温泵所承当的主要任务是在注入聚变燃料前,为1400m大型真空腔体供给超高真空环境,一起经过吸附提取氘-氚聚变反响中未焚烧的燃料,铲除反响进程中发生的物质,如氦气等。
由于该低温泵是在-269C低温下吸附气体,再升温至200C开释吸附的气体,所以设备的作业温域较宽,所需部件较多,这使低温泵成为 ITER 最杂乱的体系之一。
依据 ITER 发布的数据,每台重达8吨、直径1.6米、长3.5米的钢制圆柱体内装有精密机械部件,组成了全球最大的全金属线家高科技公司参加了设备的研制与制作。
虽然一切 ITER 组件出厂前均需经过严厉测验,但为保证其在托卡马克实践运转中的体现,2024年 ITER 低温工厂内专门树立了低温泵的测验设备。
●低温测验:降温至80 K(-193C),检测走漏与热丢失,终究到达 4 K 运转温度;
●气体模仿:抽气功用得到验证后,以氦、氖等分子量挨近的气体代替氢气,模仿等离子体运转场景,测验粒子吸附、燃料收回及灰烬处理等中心功用。
不仅如此,低温泵测验设备的运转将为 ITER 磁体低温测验渠道供给要害数据。该渠道方案于2025年末发动,用于测验托卡马克的巨型环向场线圈。其低温恒温器还可测验俄罗斯供给的 ITER 最小极向场线。