融合技术

对于将聚变技术转化成一种清洁的替代能源,全世界都抱有极高的期望。从上世纪 50 年代开始,世界各地的科学家就一直在试图和平利用核聚变。尽管聚变流程在太阳上完美运转,在地球上却很难重现其极端条件。要想进行实验,需要使用两种类型的大型聚变反应堆:托卡马克和仿星器。这两种反应堆的工作原理基本相同,不同之处在于产生超环形磁场的线圈形状和布置方式。托卡马克反应堆为对称设计。另一方面,仿星器则有复杂的非对称反应堆结构。

它是如何工作的?
主要问题是一次将两个氢同位素融合在一起,形成一个新的氦核。在这一过程中,不仅是形成氦和单个中子的问题,而且还会产生非常大的能量。只有在高真空下,等离子体达到约为 1 亿至 1.5 亿开尔文高温时,聚变才能发生。加热过程的目的是将原子核与电子分离,从而形成等离子体。带电荷的原子核通过极强的磁场(若干特斯拉)在反应堆里进行导向,并保持远离反应堆壁。当两个原子核相互接近或碰撞时,它们会融合并释放大量的能量。需要一部分能量将等离子体保持在相同的温度,以便在不增加能量输入的情况下保持该系统。然后,产生的热量就用于产生蒸汽,并驱动发电机。

真空系统需求
强劲、可靠且强大的真空系统是运行聚变反应堆的重要要求之一。

  • 聚变反应堆的等离子容器必须抽真空到 < 10-6 Pa (< 10-8 mbar) 的基本压力,低温系统的压力应低于 10-3 Pa (< 10-5 mbar)。实验容器中的工艺气体通常是氢、氘或氚。
  • 由于磁场强度高达数特斯拉(缩写为 T),真空设备需要安装在距离等离子容器 4 至 9 米的距离。即使在这个距离上,磁场强度仍然可以达到 100 mT。因此,所有部件必须带有磁屏蔽。对于涡轮分子泵来说,防止转子因涡流而升温尤为重要
  • 对于使用的所有真空部件而言,安装电子设备时都需要与实际泵或测量装置保持距离。这是因为现代的数字式电子元件可被辐射毁坏。

产品系列
多年来,普发真空一直是技术强大、誉满全球的聚变实验合作伙伴。与用户紧密合作,共同制定解决方案一直是我们的重中之重。工艺最关键的部分是针对相关应用确定最佳产品组合。普发真空的 HiPace 涡轮泵用于文德尔施泰因 7-X 等项目,表明它们适合聚变实验。HiPace 涡轮增压泵的特殊轴承原理和内部结构可确保传输大量热量。因此,HiPace 泵在外部磁场中实现高热运行时具有高可靠性,可以安装在靠近等离子容器的地方。由于泵与真空室之间距离较短,因此在等离子容器中泵的有效泵送速度更高。为了避免在恶劣条件下损坏电子元件,普发真空提供用于泵和仪表的多种外部控制设备。驱动电子装置和泵或仪表之间的距离可超过 100 米。电缆根据客户的需求开发,不含卤素。

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