國際熱核聚變實驗堆（ITER）聚變項目的最后一臺低溫泵已成功制造、測試，并交付至位于法國南部的ITER項目現場。這一成果標志著ITER朝著實現可控核聚變又邁出了關鍵一步。


八臺低溫泵完工：歐洲F4E的重大貢獻


這一里程碑標志著八臺環形場低溫泵和低溫恒溫器低溫泵全部完工，是歐洲通過能源聚變組織（F4E）對ITER項目做出的一項重大貢獻。
在核聚變研究領域，低溫泵的重要性不言而喻。ITER項目旨在模擬太陽內部的核聚變反應，實現可控核聚變，為人類提供幾乎無限的清潔能源。而低溫泵作為燃料循環和真空系統的關鍵部件，其性能直接影響到核聚變反應能否順利進行。


低溫泵技術：合作研發與行業應用


低溫泵是利用低溫表面冷凝氣體的真空泵，又稱冷凝泵，能獲得清潔真空的極限壓力最低、抽氣速率最大。
在ITER項目中，這些低溫泵由歐洲兩家工程公司——研究儀器公司（RI）和阿爾西梅克斯公司（Alsymex）合作開發。它們的工作原理是利用冷卻至約4開爾文（-269攝氏度）的低溫板捕獲氣體粒子，從而幫助維持核聚變反應在反應堆內部發生所需的極低壓環境。
從行業發展角度來看，這種低溫泵技術在半導體和集成電路的研究和生產、分子束研究、真空鍍膜設備、真空表面分析儀器、離子注入機和空間模擬裝置等領域都有廣泛應用，ITER項目中低溫泵的成功研發和應用，也將推動整個低溫泵技術在這些相關領域的進一步發展和創新。


低溫泵的核心作用：維持極端反應環境


這些系統對于維持ITER反應堆內部的極端環境至關重要。核聚變反應需要在極高溫度和極低壓力的條件下進行，低溫泵通過捕獲和去除反應堆內的氣體雜質，確保了反應所需的超潔凈、超低壓環境。
在行業內，類似的真空維持設備在其他科研項目和工業生產中也起著關鍵作用，ITER低溫泵的成功應用，為其他項目在真空系統設計和設備選型上提供了寶貴的經驗和參考。


德國慶祝：十年研發成果的里程碑


德國的慶祝活動標志著十年努力的成果。上周，項目團隊成員齊聚位于德國的RI公司工廠，共同慶祝這一成就。活動就在最后一臺低溫泵旁舉行，這臺低溫泵象征著近十年的努力工作。
從2020年開始批量生產，到首批低溫泵于去年交付，整個過程凝聚了眾多科研人員和工程師的心血。在核聚變研究這個漫長而復雜的領域，這樣的階段性成果不僅是對過去工作的肯定，也為后續研究注入了強大的動力，激勵著更多科研人員投身于核聚變能源開發的事業中。


全歐洲協作：跨區域技術整合


在抵達ITER項目現場之前，最后一臺低溫泵在歐洲各地輾轉。多家專業車間參與了它的制造過程：


• 利林公司（Leering）采用液壓成型技術制作了不銹鋼隔熱屏；


• 普羅束公司（Pro-beam）進行了電子束焊接；


• RI公司完成組裝，安裝了低溫管道、外殼及阿爾西梅克斯公司提供的閥門系統。


這種跨區域、多公司的合作模式在大型科研項目中較為常見，通過整合各方的技術優勢和資源，能夠高效地完成復雜設備的制造。在ITER項目中，這種合作模式成功克服了低溫泵制造過程中的諸多技術難題，也為未來國際大型科研合作項目提供了范例。


精密制造：嚴苛標準下的技術突破


“低溫泵的生產需要一個完美無瑕的生產鏈，以確保在整個機械加工、焊接和組裝過程中都能保持嚴格的公差。由于協調順暢，我們不僅達到了標準，甚至還當場解決了一些意想不到的問題。”F4E的項目經理弗朗西娜·卡納德爾（Francina Canadell）解釋道。
制造過程的每一個步驟都要求極高的精度。這些低溫泵必須滿足嚴格的核安全和性能要求，這也提高了低溫技術的標準。在工業生產和科研設備制造中，對于高精度設備的制造要求越來越高，ITER低溫泵的制造過程展示了如何在復雜的系統中實現高精度制造，為相關行業提供了技術借鑒和質量控制的思路。


工作原理：低溫泵的核心功能


八臺低溫泵中，兩臺用于低溫恒溫器，六臺用于真空室。其工作原理為：


1. 通過低溫板捕獲氣體粒子；


2. 釋放粒子以便對未燃燒的聚變燃料進行再處理；


3. 配備全金屬800毫米前閥，實現依次連續運行。


了解這些工作原理，有助于科研人員更好地維護和優化低溫泵的性能，也為其他需要超高真空環境的科研項目和工業生產提供了技術參考。


行業贊譽：合作模式的成功驗證


參與該項目的公司領導們表達了對這個項目的自豪之情。
RI公司總經理邁克爾·佩克勒（Michael Pekeler）和阿爾西梅克斯公司銷售總監埃里克·吉蓋（Eric Giguet）表示：
“這次成功展示了RI和阿爾西梅克斯公司組成的聯合體在制造、組裝、測試和交付復雜、與安全相關的大型部件方面的能力，并且這些部件達到了最高質量標準。多虧了與F4E、ITER組織以及我們的分包商之間的互信合作，我們掌控了從精密機械加工和計量到數千次焊接以及廣泛的真空測試的每一個步驟。”


這種合作模式在大型科研和工業項目中具有推廣價值，通過各方的緊密協作和優勢互補，可以實現復雜項目的高效推進。


后續測試：邁向實際運行的關鍵


如今所有低溫泵都已運抵項目現場，ITER將開始在真實的低溫條件下對它們進行測試：


• 設備將連接到ITER強大的低溫設備回路；


• 測試設施可降至4.5開爾文（低于初始檢查的80開爾文）。


在科研項目中，設備交付只是一個階段的結束，后續的測試和優化同樣重要。通過嚴格的測試，可以驗證設備是否滿足設計要求，發現潛在問題并及時解決，確保設備在實際運行中的可靠性和穩定性。ITER對低溫泵的測試工作，將為未來核聚變反應堆的運行提供重要的數據支持和實踐經驗。


材料創新：椰子活性炭的意外應用


低溫泵技術中最令人驚訝的一點是使用了由椰子制成的活性炭。
椰子殼活性炭的多孔結構使其在超低溫下捕獲氣體的效果優于合成替代品，成為捕獲聚變過程中氦廢氣的最佳材料之一。
這種利用天然材料解決高科技問題的方式，為材料科學和工程應用提供了新的思路。在未來的科研和工業生產中，可以進一步探索天然材料的潛在應用，實現資源的高效利用和技術的創新發展。