随着初步建模接近完成、初步设计最终敲定,国际热核聚变实验堆(ITER)项目的工程师和科学家正采用成熟技术,以适应聚变实验的规模与复杂性。

负责该项目的ITER壁面调节工程师汤姆·基南表示:“我们正在使用一种成熟技术,但从未在这种规模上或在氚环境中进行过,所以这是个有趣的领域。”
这项工作涉及一种名为硼化的新型壁面调节系统。2023年,ITER决定将等离子室的装甲瓦从铍改为钨,该系统由此成为必需。此系统旨在通过在所有面向等离子体的表面涂上一层约10 - 100纳米厚的硼,来缓冲等离子体中随之增加的杂质。硼层将捕获或“吸收”氧气,否则氧气会增加辐射损失并破坏等离子体,特别是在放电启动阶段。
为实现这一目标,团队将使用乙硼烷(一种氢和硼的化合物)。浓度为5%的乙硼烷将以氦气为载气注入托卡马克装置。进入内部后,乙硼烷会分解,并通过辉光放电辅助方法沉积在面向等离子体的壁上,产生冷等离子体以将硼化学结合到材料表面。
气体注入系统的初步设计显示,托卡马克厂房内有超过一公里的管线,容器内有另外400米的管线,还有21个气体注入点。加油工艺集成工程师加博尔·基斯称,这些改动预计不会影响工厂的安装顺序。
虽然ITER的设计包含用于维护的辉光放电清洁,但使其适应频繁的硼化面临两大挑战。一是ITER的高能阳极设计能否兼容频繁循环,即将在中国EAST托卡马克装置进行的测试将解答这一问题;二是确定阳极位置以实现均匀的硼覆盖。解决该问题需国际合作,ITER等离子体 - 壁相互作用专家汤姆·沃特斯称,这是与国际托卡马克物理活动专家共同努力的成果。ITER在新闻稿中强调,通过与ASDEX Upgrade(德国)和WEST(法国)托卡马克进行建模和协作测试,团队决定在真空容器中增加四个阳极,以获得最有效的硼分布。
随着设计推进,操作问题也在解决,如硼化处理的频率。近期研究表明,单次应用的有效期为2.5至12.5周,因此计划的最大间隔时间为每两周。
由于乙硼烷既有毒又易爆,需采取特殊安全措施。该化合物将储存在诊断大楼外建造的安全“气舱”中。从托卡马克装置中抽出的未分解乙硼烷必须中和处理,目前正在评估两种中和方法:将气体加热至700°C进行热分解,或使用专有的化学捕集器。













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