摘要：随着初步建模接近完成以及初步设计最终敲定，ITER 项目的工程师和科学家正在采用成熟的技术来适应聚变实验的规模和复杂性。

该系统通过在所有面向等离子体的表面涂上一层薄薄的硼层来缓冲等离子体中增加的杂质。

随着初步建模接近完成以及初步设计最终敲定，ITER 项目的工程师和科学家正在采用成熟的技术来适应聚变实验的规模和复杂性。

负责该项目的 ITER 壁面调节工程师汤姆·基南 (Tom Keenan) 表示：“我们正在使用一种成熟的技术，但从未在这种规模上或在氚环境中进行过，所以这是一个有趣的领域。”

这项工作涉及一种名为硼化的新型壁面调节系统，这是在 2023 年决定将等离子室的装甲瓦从铍改为钨后所必需的。

该系统旨在通过在所有面向等离子体的表面上涂上一层薄薄的硼（约 10-100 纳米）来缓冲等离子体中随之增加的杂质。

该硼层将捕获或“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。

利用氢、硼的化合物

为此，该团队将使用乙硼烷（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。

一旦进入内部，乙硼烷就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，从而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包括托卡马克厂房内超过一公里的管线、容器内另外400米的管线以及21个气体注入点。

加油工艺集成工程师 Gabor Kiss 表示，这些改动预计不会影响工厂的安装顺序。

国际合作应对设计挑战

虽然 ITER 的设计包括用于维护的辉光放电清洁，但使其适应频繁的硼化却面临两大挑战。

第一个问题是ITER的高能阳极设计是否能够兼容频繁循环；即将在中国EAST托卡马克装置进行的测试旨在解答这个问题。第二个问题是确定阳极的位置，以实现均匀的硼覆盖。

解决这个问题需要国际合作。“这是与国际托卡马克物理活动专家共同努力的成果，”ITER等离子体-壁相互作用专家汤姆·沃特斯补充道。

ITER 在一份新闻稿中强调：“通过与 ASDEX Upgrade（德国）和 WEST（法国）托卡马克进行建模和协作测试，该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。”

运营频率与安全性

随着设计的推进，操作问题也正在得到解决，例如硼化处理的频率。最近的研究表明，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，因此需要采取特殊的安全措施。该化合物将被储存在诊断大楼外建造的安全“气舱”中。

任何从托卡马克装置中抽出的未分解的乙硼烷都必须进行中和处理。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。

“我们对这两种系统都非常有信心，”负责监督乙硼烷处理的工艺工程师彼得·斯佩勒总结道，并指出这两种方法都已在其他托卡马克装置上成功使用。

随着长期战略的制定和氚楼内为乙硼烷去除系统预留空间，该项目有望于 2028 年开始安装。

来源：林少涵说科学