国际热核聚变堆重大安装工程启动仪式北京时间7月28日晚17：00在法国马赛港不远处的1个小镇举行。央视新闻联播和早间新闻给予了专题的报道，让这个早就开始实施的世纪大工程现在可能更多的被吃瓜群众关注了！
会上，马克龙很开心、很激动！里程碑、新纪元、载入史册。。。。巴拉巴拉。。。。。
作为七国成员之一，中国现在是绝对主角，ITER委员会主席、中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆代表中国祝词。
国际热核聚变实验堆组织总干事贝尔纳比戈在7月28号的启动仪式上说道，中国以快速的工程反应和科研进步，成为各合作方中兑现国际承诺的典范，国际热核聚变实验堆组织非常高兴能够与中方合作。
凭借着中国出色的大型工程建设能力，成功中标ITER托卡马克主机TAC-1安装标段工程，这是ITER托卡马克主机最重要的核心设备安装工程，也是自我国参与ITER计划以来通过国际竞标获得的金额最大的工程建造项目。TAC-1安装标段装配子任务有400余项，现场装配的部件数以万计，精度要求高，标准严苛。与托卡马克主机最核心的部件超导磁体和馈线系统相关的任务就有240余项。
老实说，作为一个总投资达220亿美元（可能还得涨）的世纪工程，确实是人类文明的一件大事。
前期，我的文章也对这个工程的概况做了比较详细的介绍，大家可以翻看一下，今天我们直奔主题，看看这个目前人类最有希望实现可控核聚变发电商业化的实验项目核心到底有什么？跟随我一起做一个拆解！看完之后，包你也变行家。
---------------------进入核心
托卡马克（Tokamak)起源于苏联，也是目前大型聚变发电的主流方案，ITER聚变炉全重23,000吨，中心橙色部分是甜甜圈状的真空室，等离子半径（R）为6.2 m，等离子体积为840m³，是目前在运行最大托卡马克装置的10倍。在其内部，等离子体将被加热到1亿5千万度（太阳核心的10倍）以上。
ITER产生能够激发、限制、整形、控制等离子体的复合磁场，能存储51千兆焦耳的磁能。这个能量大约相当于超过1万吨TNT爆炸产生的能量被生吞在ITER的肚子里。
根据ITER官方的观点，等离子室体积越大，越容易实现核聚变，这一点，你也可以通过对比第一代巨大的恒星、现在的恒星、红矮星不同的大小和寿命来间接印证。越大的恒星聚变燃烧就越剧烈，寿命也就越短，红矮星上的核聚变很缓慢，这使它们的寿命非常长，可以保持几十亿年甚至更长久的稳定状态。而目前人工核聚变所追求的效果正好颠倒，要尽可能的通过变大离子室体积使更多的离子参与聚变。
按照近似由外向里的顺序：
聚变炉关键组件包括：低温恒温器、真空室、磁体系统、偏滤器、包层
今天就讲先讲三个吧，不然太长了，下期再详细讲磁体系统和偏滤器
1. 低温恒温器
ITER低温恒温器是有史以来最大的不锈钢高真空压力室（16,000m³），重3,850吨，可为ITER真空容器和超导磁体提供高真空（低于空气密度的百万分之一）、超冷环境，内径28米，外部宽30米，高30米。（注意看图右下方的小人）
上图是2019年4月份进行下缸的搬移，低温恒温器分为顶盖、上缸、下缸、底盖4个部分，有23个大穿透孔，可用于内部维护，还有200多个小穿透孔，为冷却系统、磁铁馈线、辅助加热、诊断系统以及包层（距离等离子体最近的保护层）和分流器（位于等离子体下方真空室的底部）的清理提供通道。
2. 真空容器
通俗点讲，装高温等离子体的地方（当然还隔着一层包层），壳重5200吨，包层和分流器全部安装到位后全重8500吨（与埃菲尔铁塔的重量相当），真空容器外径19.4米，高11.4米，内部容积1400立方米，可容纳的等离子体积为840立方米。有44个开放口，用来支持聚变燃料的注入、分流器更换、真空泵、遥控机械手臂的操作以及诊断、加热和真空系统，通过合理使用这些开放口，从而保持内部等离子体的稳定。
真空容器的制造被分为9个40度的D型扇区结构，编号1#-9#,韩国提供4个,欧洲提供剩下的5个，上图是韩国2020年4月份制造完成的重440吨的6#扇区正在被打包运往ITER。
根据核容器法规，作为等离子的第一个限制屏障，ITER真空容器要遵守非常具体的法规和规章，包括材料采购，设计和分析，制造，焊接和检查。七名常驻检查员（来自ITER组织真空容器项目小组的五名检查员和代表法国核安全局ASN的两名商定的认证机构检查员）以及现代重工的质量部门控制着总共45,000个检查点和500个制造文件。2019年12月，法国核专家前往韩国对即将完成的部门进行了最终的深入检查。
ITER真空容器为重焊接结构，钢板厚度最大为60 mm，具有大量永久性附件，并且狭窄的区域和难以接近的区域，该团队开发了60种特殊的相控阵超声波测试（PAUT）扫描技术，以非常可靠的质量验证了最大21 mm的间隙焊缝。6#扇区的全熔透焊缝总长度接近1,000米。
类似的，ITER上的大多数结构件都采用了这种全熔透焊缝，可以说都是比大还大，比细还细的活。
ITER采用的是氘氚聚变，在其过程中会产生大量的中子和伽马射线，因此在建造真空容器的过程中，会在其内部加装入墙式防护夹层，以保护外部组件，同时有效限制环形磁场波动，以进一步提升等离子体的稳定性。
这些防护夹层是模块化的，由硼铁磁不锈钢制成，每个模块重达500公斤，一共9000个这样的模块被安置在距离等离子体最近的中央圆环位置，其中有6000个在制造过程中就位，剩下的3000个则在ITER施工现场安装。
为了保持足够的低温（如超导磁体）和结构状态稳定，在真空容器和低温恒温器之间会有2层热屏蔽层，它并不是我们所想的常规的不良导体，对付这样的高温，被动式隔热显然是不行的，因此其采用了类似电冰箱一样的原理，用不锈钢面板主动降温，面板上焊接有冷却管，管内装有液氦，温度在80 K至100K之间。
3. 包层
包层位于真空室的内壁，直接面对等离子体，采用模块化结构，每个1*1.5米，重4.6吨，一共440个，总铺装面积600平方米，作为第一屏蔽层，其作用是吸收中子能量和热能并用来发电，为主动式冷却。
每个包层模块分为两层，（如上图）灰色薄的为第一壁板，也是一条一条安装在结构梁上的（可以通过上图中的水平线看出），可拆卸，由铍铜316L（N）不锈钢合金制成，最高可承受4700KW /m²的热通量，这个能量强度相当于夏天太阳照射强度的16,000倍左右。在ITER的使用寿命内，这些面板将至少更换一次。
结构屏蔽块（上图中位于后方的），为真空室和磁体线圈提供核屏蔽，并为第一壁板提供支撑，每个屏蔽块通过4个螺栓固定在真空容器上，其安装误差要求非常高，必须全部对齐，整体的误差不大于1CM，且相邻间隙误差不大于4MM，所以一部分组件需要在安装过程中边安装边加工。
不得不多说几句的“氚增殖”
氚增殖是确保聚变炉长期运行的重要课题，这里面还有一个重要的情况，根据ITER联合协议书及相关条款，“氚增殖”所涉及到的包层氚增殖与氚提取技术不是成员国共享的，而是“出资承担项目者享有”，而且这其中所产生的费用是不列入ITER项目预算和总费用中的。
说白了，ITER是各国开发自己“氚增殖”技术的实验场。根据实际进度，各国的实验系统已提交至ITER，约14类“氚增殖”包层概念将会被会区分窗口期进行实验，中国将作为2号窗口的负责人。
包层中部分模块在ITER实验阶段将替换成各主要成员国开发的“氚增殖”模块。
未完待续！太长了大家看着烦，下期再安排吧，小手点一点了各位客官！
参考文献：
1、ITER官网及技术手册；
2、ITER氚增殖实验包层设计研究进展，核科学与工程，2009
3、ITER极向场磁体支撑冷却系统设计、分析与优化，核聚变与等离子体物理，2018
4、实验包层氚增殖区提氚气体换热研究，核聚变与等离子体物理，2018
5、百度、维基等
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