3月21日,位于芬蘭萬塔河的全球擠拉成型公司-Exel復合材料公司宣布正在與法國工業承包商CNIM合作,為世界上最大的聚變實驗設施-國際熱核實驗反應堆(ITER)的磁體支撐結構制造玻璃纖維組件。為了達到對預壓縮環的嚴格質量要求,Exel復合材料公司成功地生產出沒有任何缺陷的長度約3km的復合材料拉擠型材,完美的解決了問題。
在法國Saint-Paul-lez-Durance地區,花費180億歐元正在建造的國際熱核實驗反應堆(ITER)是為了表明可以將核聚變能源商業化,給人們提供一種安全、環保的能源。ITER將利用由超導磁體控制的氫聚變來產生大量熱能。這種熱量將驅動商業設備-渦輪機發電。
復合預壓縮環是ITER磁體系統支撐結構的基石,其直徑約為5米,橫截面約為30 cm×30 cm,重量略高于3噸。研究人員為了確保環形磁場線圈的正常運行,使用復合預壓縮環創建了一個磁“籠”來限制超熱(1.5億°C)等離子體的運動。同時,為了減少由強磁場作用造成線圈的疲勞變形,研究員將三套預壓縮環放置在線圈的頂部。如果將來需要更換,再另外制造三套。此外,為了使得預壓縮環能夠承受室溫下最高500MPa的最大環向應力,最好選擇含有高纖維的玻璃纖維環氧樹脂復合材料作為承受這種極端載荷的材料,這樣既可以避免電磁流的循環,還能具有較長的使用壽命。
法國土倫CNIM工廠的工程師負責研發備用預壓縮環的制造工藝及其后續生產技術。這種新型工藝則需要依賴于Exel復合材料公司生產的拉擠復合材料型材。通過在金屬工具上纏繞2毫米厚,2.8公里長的扁平拉擠型材生產預壓縮環。每層都纏繞0.12毫米厚的環氧樹脂膠帶。并將纏繞好的環形疊層固化,然后加工成最后所需的尺寸。
CNIM公司選擇將Exel復合材料作為該項目的研究基礎,并且事實上已經證明了使用Exel復合材料制造高質量產品方面的能力可以滿足最苛刻的應用要求。Exel公司配置了高性能環氧樹脂系統,符合使用預壓縮環的機械規格,并通過在線無損檢測(NDT)來保證所提供的3公里拉擠型材在整段長度上沒有缺陷。然而,處理這段長度的配置文件引發了更大的挑戰。因此,Exel公司將復合材料產品纏繞在定制的線軸上,供應給CNIM公司來解決這一問題。
CNIM公司已經制造了一系列成套的產品原型,目前正在進行在線無損檢測(NDT)以及質量測試。預計將于今年晚些時候開始生產全尺寸預壓縮環。銷售部高級副總裁Kari Loukola表示:“我們非常自豪Exel型材已經提供了操作這種非常復雜的儀器所必需的精度和性能。它為未來的聚變發電廠鋪平了道路。”這代表了Exel致力于追求復合材料新應用的創新,并與客戶合作的又一例證。ITER工廠已經完工了50%,計劃于2025年投入First Plasma(機器開關)。ITER 科學家預測融合工廠可能會在2040年開始上線投入生產。