所庆征文


满腔“热”血在内,拔薪助火添威——记中性束注入团队


  作者:刘玲(十三室)

 

  光阴荏苒,岁月如梭,值此等离子体物理研究所40周年所庆之际,中性束注入(简称NBI)研究室也迎来了10岁的生日。十年栉风沐雨披荆斩棘,十年励精图治勤奋进取,所有NBI人满怀对聚变事业的热爱与追求,全身心致力于中性束注入技术的发展,将满腔热忱转化为高功率长脉冲的束能量,以实际行动为EAST装置开展高水平物理实验提供坚实高效的支持,为“人造太阳”添威! 

  时间回到2008年伴随着如火如荼的一轮轮EAST物理实验的开展,提升EAST装置运行区间,开展高水平物理实验,探索先进托卡马克运行模式成为了等离子体所人迫在眉睫的需求。中性束注入加热技术作为加热效率高、物理机制清楚的辅助加热必要手段,可满足聚变点火、燃烧等离子体控制、电流驱动等多项需求,也是未来聚变研究中不可或缺的关键技术。纵观全球聚变领域,国际一流的聚变装置几乎都配备了NBI系统,更有甚者拥有10余套束线的NBI系统。在所领导的大力支持下,等离子体所胡纯栋研究员怀揣着为EAST研制NBI系统的坚定决心带领新组建的NBI研究室踏上了栉风沐雨、披荆斩棘的漫漫征程。 

  中性束加热技术跨学科领域之广、工程研制难度之高为世界所公认,兆瓦级稳态强流离子源、百万升抽速低温冷凝泵、强流离子源引出锻炼、束线内部部件精密组装,在中性束研制的征途中关山阻隔、荆棘满途…… 

  作为NBI的“源头”,强流离子源是至关重要的设备,其性能直接决定了中性束的束流品质。兆瓦级稳态强流离子源研制在国内属于开创性工作,首当其冲的是其关键部件的精密机械加工制造,特别是离子源电极引出系统的加工尤为困难。它涉及硬质异形深孔钼管的加工工艺、电极支承座小孔径深孔阵列的精密加工工艺、以及离子源栅极的真空钎焊工艺及质量检测方法的研究等,当时国内尚无可遵循的先例可循年轻的科研团队在广泛调研和不断试验的基础上完成了多项兆瓦级离子源复杂精密部件的加工工艺和制造技术的探索和定型,包括焊料配方、装夹具、真空炉焊接工艺流程、以及质量检测方法等一系列高端基础工艺研究。2011年9月,强流离子源完成百秒长脉冲稳定放电,为中性束系统研制奠定了坚实的基础。 

  百万升抽速的低温冷凝泵组研制是摆在NBI团队面前的另一座大山。在大功率NBI系统中,需要由真空系统及时抽除的气体量在1.0×104Pa.l.s-1量级。在实验现场空间十分有限的条件下,完成泵组工程研制并实现主低温泵与差分低温泵协同工作,攻克了多项关键技术,研制了百万升抽速的低温冷凝泵机组,很好的满足了NBI关键部件对真空性能的要求。 

  当所有系统、部件全部组装之后,我们又开始历时数月的离子源调试实验。离子源的调试是一个细致、漫长的过程,尤其是电极的锻炼,必须在高压条件下利用束流将电极慢慢锻炼到最佳状态,一丝一毫的杂质和污染都可能导致电极打火,这需要运行人员必须对离子源状态有全面准确的把握,并且极富耐心,丝毫不得懈怠、冒进。为了使离子源尽快达到预期目标,NBI课题组开展了历时数月24小时轮班进行的离子源调试实验。如果你走进2-2中性束的控制室,会觉得这小小的控制室是那么狭小、局促,甚至还显得有一丝凌乱;但当你身处“白加黑,五加二”的工作模式,你会发现折叠床、军大衣、电热杯、方便面都是夜以继日加班生活的必备品,折叠床可以让你在午夜调试实验的间隙小憩些许,电热杯可以在凌晨三四点饥肠辘辘时呈上一碗热气腾腾的面条……付出总有回报,当NBI综合测试台首次引出中性束时,控制室里所有运行人员都不约而同的欢呼雀跃,胜利的喜悦迅速蔓延,刹那间,数月的艰辛与迷茫一扫而光,肩膀不再沉重,心情豁然开朗,那些风雨同舟、患难与共的情怀,只有亲身经历才能感同身受! 

  正是凭着这种顽强拼搏、不畏困难的精神,我们先后承担并圆满完成了发改委、科技部多项国家级科研任务,经费总额逾2亿元,以世人瞩目的速度完成了一个个"不可能"的任务,形成了一批创新成果并成功应用于EAST中性束注入系统的研制中,获得了国内外同行的高度肯定,EAST辅助加热系统项目工艺验收专家组更是一致认为,独立自主研制的中性束注入加热系统性能达到国际先进水平! 

  胡纯栋研究员曾经说过“凡是NBI的成员,身上都留下了NBI永恒的烙印”,这份烙印就是目标明确、团结协作、锐意进取、不气馁、不盲从,朝着我们心中的聚变梦,挥洒智慧、青春与汗水而这,而这必定会在中国聚变发展历程中、在等离子体所的奋斗史上,留下浓墨重彩的一笔! 

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四十载春华秋实

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