新一代“人造太阳”超级数据
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将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培，等离子体温度超过2亿度
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在安装产生磁场的线圈时，其同轴度在半径方向的偏差要控制在1毫米内，线圈中平面高度的偏差则控制在正负1毫米之内
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总重约吨的我国首台30万千伏安立式脉冲发电机组，工作时十秒内的最大放电功率，相当于装机容量30万千瓦的秦山一期核电站
6月5日，在成都的中国环流器二号M(HL-2M)装置建设现场，该装置主机线圈系统现场交付后，中核集团、东方电气集团、华西集团三方代表共同点亮启动球，拉开中国新一代“人造太阳”装置总体安装序幕。
按照计划，今年年底基本完成该装置总装。安装完成后，这个高和直径约十米的“人造太阳”实验装置，从参数、规模以及制造工艺要求等方面与“前辈”比较起来，都大为领先或优化。
8月底，封面新闻记者再一次探访了正在总装中的中国环流器二号M(HL-2M)装置，以期揭开这一超级装置的超级工艺。
精密组焊
给等离子体“造房子”
中国环流器HL-2A
位于核西物院的试验大厅里，一个高度3米多，直径5米多，呈银白色如“甜甜圈”的真空室被安置在一角，等待与核心部件“中心柱”的合体。
未来，其如宇宙飞船太空舱的内部，就是核聚变反应发生的地方，等离子体将在那悬空“游走”。而新一代“人造太阳”的等离子体参数将大幅度提高到近堆芯水平,等离子温度将超过2亿摄氏度。
中核集团核工业西南物理研究院“真空室”技术研究员冉红介绍，投入使用后，真空室内会达到10的负十次方大气压的超高真空，比宇宙密度还要稀薄好几个数量级。而真空室内等离子体达到的体积将是前一任装置真空室的三倍以上，运行时，“甜甜圈”还可能会承受上百吨的电磁力。
因此，真空室在制造过程中对结构强度以及尺寸精度要求极高。真空室是国内首台特材双曲面薄壁件真空室，采取的是全焊式结构，由20段扇形段整体组焊成环。“就好像把剥开的橘子瓣组装回去一样。”冉红形容。
但每一段扇形段在单段制造阶段刚性差、易变形，加之由于焊接时在上千度的高温下更易造成变形，因此要达到“整体组焊成环后要求平面度小于1mm内、外圆同轴度小于2mm”的要求并非易事。冉红回忆，通过上万个尺寸数据测量、数百次的测量数据分析、几十次的反复组对试装，才摸索和完成出一套保证精度的工艺。
“笼”住带电粒子
毫米误差内安装磁场线圈
离真空室不远处，中国环流器二号M装置里高达5米的中心柱已经落座重力支撑环上，环绕在周围技术工人正在为吊运一块饼状重达5吨的线圈作准备。
主机与真空技术研究室副主任刘晓龙介绍，通电后这块饼状线圈将产生极向磁场。“不仅如此，环绕在真空室外的线圈还会产生环向的磁场，最终环向磁场和极向磁场线圈通电以后，各自形成的磁场将叠加在一起，形成一个‘磁场笼子’，约束真空室内的带电粒子运动。”
他解释，等离子体温度达到上亿摄氏度，这是目前任何材料都难以承受的。正是这样，科学家才利用这样强磁场笼子装住等离子体的方式，将高温的等离子体和材料隔离，理想情况下，使其悬浮不碰触到真空室的内壁造成破坏，进而对等离子体加热进行加热，为实现聚变反应提供条件。
“但这也就要求通过控制磁场能够精确稳定控制等离子体的位置和形状，在等离子体放电过程中对其进行约束。”刘晓龙告诉记者，不仅如此，装置运行电流通过时，线圈局部地方会承受上千吨的电磁力。“比如对于围绕在中心柱上的线圈而言，其并非是完整的一条线，而是差不多由段线圈焊接绕制而成。而相接的部分面积又极小，承受的电磁力载荷非常大，所以更相应的焊接和绕制工艺提出了极高要求。”
核工业西南物理研究所聚变科学所研究员蔡立君介绍，在安装产生磁场的线圈时，其同轴度在半径方向的偏差要控制在1毫米之内，线圈中平面高度的偏差则控制在正负1毫米之内。
据悉，新一代装置能够承载更大线圈电流，有望将等离子体电流从我国现有装置的1兆安培提高到3兆安培。
新式“充电宝”
脉冲放电功率等同一座核电站
HL-M中国环流器新一号
为了满足新一代人造太阳大功率、高储能的供电需求，中核集团核工业西南物理研究院与哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司也共同研制出我国首台30万千伏安立式脉冲发电机组。
在核西物院内，记者看到了这个总重约吨，总高约15.5米如绿色“堡垒”的发电机组。而在一条过道之隔的厂房内，安放着它的“前辈”，即为中国环流器二号(HL-2A)装置供电的3台脉冲发电机组。其中有2台自主研发制造的发电机组系已为之前三代“人造太阳”服务近四十年的“三朝元老”。
核西物院聚变科学所副总工宣伟民介绍，与原有的3台卧式脉冲发电机组相比，新一代机组的释能能力和电功率输出均相当于此前3台的总和。“作为六相大电流脉冲发电机组，其在工作时十秒内的最大放电功率，相当于装机容量30万千瓦的秦山一期核电站。”
资料显示，该大型立式脉冲发电机组的额定转速为转/分，总储能达到兆焦，额定电压3千伏，额定电流29千安。
工作时，该发电机组先由电动机拖动十几分钟后，转速从零升至每分钟转，准备为装置提供电能。通过发电机加载励磁给装量供电，在十几秒内能够释放兆焦能量，此时机组转速将下降至每分钟转，然后几分钟内再次提速到每分钟转，再次进行放电，依次反复循环，实现能量储存、能量转换和功率放大。
封面新闻记者杨晨关天舜实习生王靖予
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