ITER聚变反应堆专用低温泵采用椰壳活性炭捕集氦气


	ITER聚变反应堆专用低温泵采用椰壳活性炭捕集氦气

为清空全球最大核聚变实验装置ITER的内部空间,重达约1.76万磅(约7980公斤)的钢制低温泵已运抵法国南部现场。该泵不依赖传统机械推挤,而是将内部面板冷却至接近绝对零度的4至4.5开尔文(约零下452华氏度),使气体分子接触后停止运动并被冻结。针对在此温度下无法冻结的氦气,每台泵内装有28块涂覆椰壳活性炭的面板,通过微孔吸附将其捕获,单泵活性炭用量约15磅。

ITER等离子体腔室容积约4.9万立方英尺,在加热前需将内部气压降至当前大气压的百万分之一。常规机械泵仅能完成初步抽气,因极限低压下残留气体过少,叶轮或活塞难以有效抓取。低温泵正是为解决这一难题而设计,其原理类似于未除霜的冷柜表面凝结水汽,但在极高真空环境下作用于混合气体。

整套系统共包含8台泵,其中6台用于环向腔室抽气,2台专用于冷却整个反应堆的巨型杜瓦容器。该设备由欧盟能源署Fusion for Energy出资,德国Research Instruments与法国Alsymex组成联合体制造,供应链涵盖逾20家欧洲企业。每台泵内置的活性炭展开后比表面积至少达每平方米1200平方米(约合1.29万平方英尺),相当于将一片郊区地块折叠塞入重达纸夹的设备中。

原型机已于2025年8月1日在ITER低温设施测试台上成功运行。团队将预生产单元冷却至约5开尔文后注入氦气及模拟氘氚行为的氖气进行抽气测试,结果表现超出预期。目前量产机组正按计划分批送检,预计每年可完成约两台设备的低温测试,以验证其与原型机的性能一致性。

该泵的核心工程难点在于极端温差下的密封与再生循环。每台泵配备迄今最大的全金属高真空阀门,阀头直径约31英寸、重176磅,需在16英寸行程内精准落位至0.1毫米公差以内以实现金属密封。当活性炭饱和后,系统会关闭阀门并将面板升温至约100开尔文(零下280华氏度)释放氢气燃料,彻底再生则需升至470开尔文(约386华氏度)。配套的气态分配管线系统已于今年夏季陆续抵达现场,最后一批管线于2026年8月运抵。

尽管硬件已就位,但这些低温泵尚未在实际聚变反应中投入运行。ITER腔室的最后一块模块于2026年10月2日交付,此前仅有一台原型泵在独立测试台上使用瓶装气体完成过冷态运行。根据项目进度,量产泵仍需经历完整的低温验证周期,实际装机应用预计还需数年。

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