ITER 技術(shù)人員在將焊接成環(huán)形托卡馬克的九個(gè)鋼部分之一工作。© ITER 組織

法國核監(jiān)管機(jī)構(gòu)已下令國際聚變能源項(xiàng)目 ITER 推遲組裝其巨大的反應(yīng)堆，直到官員解決安全問題。本月，ITER 組織希望獲得綠燈，開始將組成環(huán)形反應(yīng)堆(稱為托卡馬克)的 11 米高的鋼段焊接在一起。但在 1 月 25 日，法國核安全局 (ASN) 發(fā)出一封信，下令停工，直到 ITER 能夠解決有關(guān)中子輻射、鋼部分輕微變形以及支撐反應(yīng)堆的混凝土板上的載荷的擔(dān)憂。ITER 工作人員表示，他們打算在 4 月之前滿足 ASN，以便他們可以在 7 月之前開始焊接反應(yīng)堆容器。“我們正在為此努力工作，”ITER 總干事 Bernard Bigot 說。

聚變通常被宣傳為未來的綠色能源，通過以與太陽相同的方式將氫同位素融合在一起來產(chǎn)生無碳電力。使同位素融合需要極高的溫度，而迄今為止建造的每個(gè)聚變反應(yīng)堆消耗的熱量都比產(chǎn)生的熱量多。ITER 旨在顯示可以實(shí)現(xiàn)凈能量輸出，但它的成本很高——估計(jì)其建設(shè)起價(jià)約為 250 億美元——因?yàn)榉磻?yīng)堆的復(fù)雜性以及將熱氣體保持在適當(dāng)位置所需的巨大超導(dǎo)磁體. 作為美國、歐洲、俄羅斯、印度、日本、中國和韓國之間的合作伙伴關(guān)系，ITER 計(jì)劃于 2025 年開始運(yùn)行，盡管它要到 2035 年才會(huì)使用產(chǎn)生電力的同位素氚作為燃料。

2012年，ASN驗(yàn)證了ITER的總體設(shè)計(jì)并授權(quán)開工建設(shè)。但當(dāng) ITER 必須證明反應(yīng)堆滿足安全要求時(shí)，它在建造過程中強(qiáng)加了幾個(gè)“保持點(diǎn)”。其中一個(gè)要點(diǎn)是工人們將九個(gè)反應(yīng)堆部分中的前兩個(gè)部分降低并焊接在一起，每個(gè)部分重達(dá) 1200 噸，因?yàn)檫@個(gè)過程是不可逆轉(zhuǎn)的：如果以后進(jìn)行任何更改或檢查，焊接部分太重而無法從坑中移除是必要的。

ASN 信函強(qiáng)調(diào)了三個(gè)問題領(lǐng)域。第一個(gè)問題是支撐托卡馬克的結(jié)構(gòu)上的載荷。它被稱為 B2 板，是一塊 1.5 米厚的鋼筋混凝土塊，大小相當(dāng)于兩個(gè)美國足球場。它依靠 493 個(gè)地震阻尼器將反應(yīng)堆與地震隔離開來。它的設(shè)計(jì)可支撐 400,000 噸，但 ASN 希望保證，在施工期間進(jìn)行一些設(shè)計(jì)更改后，樓板上的載荷仍在安全范圍內(nèi)。“我們必須完成對所建質(zhì)量的建模，”Bigot 說。

第二個(gè)問題是一旦反應(yīng)堆開始運(yùn)行，在反應(yīng)堆附近工作的工作人員的輻射防護(hù)。來自反應(yīng)堆的主要輻射將是高能中子，這些中子被圍繞反應(yīng)堆的建筑物中厚厚的混凝土墻阻擋。Bigot 說，當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，沒有人會(huì)在反應(yīng)堆大樓內(nèi)。但在其生命周期中，反應(yīng)堆本身會(huì)因中子轟擊而產(chǎn)生放射性，從而為在托卡馬克不運(yùn)行時(shí)進(jìn)入建筑物的工人創(chuàng)造了一個(gè)復(fù)雜的放射性環(huán)境。ASN 根據(jù)其信函的翻譯說，現(xiàn)有的“放射圖無法證明對限制暴露于電離輻射的控制”。

Bigot 說，ASN 通常只需要核設(shè)施來生成潛在輻射暴露的 2D 模型。但 ITER 建立了一個(gè) 3D 模擬來更精確地預(yù)測中子通量。Bigot 說，ASN 想要更多的證據(jù)證明這個(gè)模型和更簡單的模型一樣健壯。“我們必須證明我們的選擇是最好的選擇。”

第三個(gè)問題是焊接前兩個(gè)托卡馬克部分。在韓國建造之后，管理人員發(fā)現(xiàn)必須焊接在一起的表面有輕微的變形。ITER 工作人員開發(fā)了一個(gè)涉及機(jī)器人和人工焊工的修復(fù)程序，但 ASN 并不相信。Bigot 說，他現(xiàn)在有一份來自開發(fā)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的西班牙公司的報(bào)告。該公司在全尺寸模型上測試了該過程，并表明工人可以進(jìn)入進(jìn)行焊接所需的密閉空間。該報(bào)告將成為 ITER 4 月份對 ASN 的回應(yīng)的一部分。

COVID-19 的延誤已經(jīng)將原定的焊接開始時(shí)間推遲到了 7 月。如果 ASN 在 4 月份接受 ITER 的解釋，那么這個(gè)時(shí)間表仍然可以實(shí)現(xiàn)，Bigot 說。盡管 ITER 的一些人擔(dān)心停工對時(shí)間表造成的威脅，但 Bigot 表示應(yīng)該可以彌補(bǔ)時(shí)間。他說他也理解 ASN 希望小心使用一臺(tái)將成為同類產(chǎn)品中的第一臺(tái)機(jī)器的愿望。“他們希望非常準(zhǔn)確地了解安全風(fēng)險(xiǎn)，”Bigot 說。“所以他們花更多的時(shí)間也就不足為奇了。”