6月30日,等離子體所為美國通用原子能公司(General Atomics,GA)聚變國家實(shí)驗(yàn)室成功研制的用于其ITER中心螺管線圈測試的大型超導(dǎo)饋線系統(tǒng)(Superconducting Feeder)啟運(yùn)交付美方。
該超導(dǎo)饋線系統(tǒng)包含一對高溫超導(dǎo)電流引線、線圈終端盒,以及超導(dǎo)傳輸線系統(tǒng)。主要為ITER 中心螺管線圈測試提供需要的大電流、深低溫冷質(zhì)和測控信號,承擔(dān)線圈能量的釋放與對低溫系統(tǒng)保護(hù)控制,并完成對線圈運(yùn)行的全過程測試和控制。等離子體所研發(fā)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)該項(xiàng)目的設(shè)計(jì),聯(lián)合聚能、科燁和科聚低溫完成制造集成、出廠測試、系統(tǒng)運(yùn)輸以及在線組裝測試支持等一系列全部工程任務(wù)。
2015年底該系統(tǒng)完成了55kA電流下的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和失冷故障(LOFA)測試,各個(gè)變量按預(yù)期完成各項(xiàng)調(diào)試和精準(zhǔn)測控:系統(tǒng)低溫溫度小于5K、冷屏溫度小于90K、真空度低于1E-4Pa、失超時(shí)間大于10分鐘、超導(dǎo)接頭電阻小于0.6納歐、5 K熱負(fù)荷約70W。2016年上半年對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了最終的絕緣處理,完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)高電壓絕緣包繞、固化、電場屏蔽以及電位測量等一系列挑戰(zhàn)性工作,并于2016年6月份完成系統(tǒng)最后一項(xiàng)高壓與Paschen測試。該系統(tǒng)內(nèi)部所有電部件在要求的大氣條件15kV高壓以及Paschen條件8kV高壓下漏電流都小于10uA,遠(yuǎn)低于要求的60uA漏電流指標(biāo)。
該大型超導(dǎo)饋線系統(tǒng)長10米、高4.5米、總重約25噸。整個(gè)項(xiàng)目涉及機(jī)械、電磁、測控、低溫、真空、超導(dǎo)等多個(gè)學(xué)科,工程技術(shù)難題多,設(shè)計(jì)計(jì)算挑戰(zhàn)大,制造裝配工藝復(fù)雜,測控?cái)?shù)據(jù)量大,質(zhì)量安全等級要求高。研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)三年努力,成功解決了一些列技術(shù)難題:特別在超導(dǎo)接頭方面無論是采用低溫軟釬焊還是全新銦片物理結(jié)合技術(shù)都獲得了低于0.6納歐的接頭電阻,其性能和穩(wěn)定性均優(yōu)于國際水平;失超時(shí)間超過10分鐘也是創(chuàng)造了大電流非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行新的安全記錄;通過多層多次預(yù)浸漬熱壓罐固化技術(shù)解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)體在大氣與Paschen條件下高壓絕緣問題更是絕緣技術(shù)的一大技術(shù)創(chuàng)新與突破。
該大型超導(dǎo)饋線系統(tǒng)是等離子體所完成的從設(shè)計(jì)、工藝、裝備到測試都具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型復(fù)雜先進(jìn)系統(tǒng)的國際合作項(xiàng)目之一,也是等離子體所向美國進(jìn)行高技術(shù)輸出的成功案例之一。項(xiàng)目的順利完成為中美更深層次的聚變工程技術(shù)合作夯實(shí)基礎(chǔ),美國能源部聚變能科學(xué)研究處負(fù)責(zé)人James Van Dam博士參觀時(shí)充分肯定了該項(xiàng)目的意義。同時(shí),大型超導(dǎo)饋線系統(tǒng)的順利完成也是等離子體所為ITER正式研制超導(dǎo)饋線系統(tǒng)的一次成功的前期實(shí)踐,其積累的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)將直接保障ITER饋線采購包的順利執(zhí)行。
大型超導(dǎo)饋線系統(tǒng)
各合作單位一起見證項(xiàng)目的完成
美國能源部聚變能科學(xué)研究處負(fù)責(zé)人James Van Dam博士現(xiàn)場見證
大型超導(dǎo)饋線系統(tǒng)啟運(yùn)
(EAST提供)