作者:吴长锋 来源:科技日报 发布时间:2021/9/27 12:05:05
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为了中国“人造太阳”早日点亮——“聚变堆主机关键系统综合研究设施”建设纪实

 

中秋佳节时,位于合肥市郊的“大科学装置集中区”传来了一个好消息:聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)园区110千伏变电站正式投运启用,正式并入国家电网运行。 

“项目自2020年1月开建以来,历经疫情、汛情等多重考验,今年9月12日顺利完成启动及送电任务。”承建单位中建五局项目党支部书记徐辉表示,大科学装置园区率先实现“电通”, 将为合肥综合性国家科学中心大科学装置园区建设提供保障。

提起“聚变堆”,很多人就会联想到我国的“人造太阳”。“聚变堆主机关键系统综合研究设施”究竟是个什么设施?这一大科学装置建设背后又有着怎样的故事?中秋节前夕,记者来到位于合肥市郊的“合肥大科学装置集中区”一探究竟。

战略性科技基础设施

化石燃料,不是人类的终极能源,石油煤炭,总有枯竭的一天。在化石燃料枯竭之前,人类必须提前找到适合人类的清洁能源。合肥聚变堆项目,就是按照太阳内部热核聚变的原理,设计建造可控的“人造太阳”,目的就是为了解决人类的能源危机。

2017年1月10日,合肥综合性国家科学中心获批,合肥大科学装置集中区为合肥综合性国家科学中心的重要组成部分。2021年《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出,“建设北京怀柔、上海张江、大湾区、安徽合肥综合性国家科学中心。”在国家重大科技基础设施方面,规划纲要明确,建设一批战略导向性基础设施,聚变堆主机关键系统综合研究设施位列其中。

“设施主要建设内容为超导磁体研究系统和偏滤器研究系统。”承建单位中建五局项目负责人施旭光说起项目的科学意义娓娓道来。“设施科学目标是开展磁约束聚变堆边界参数下的等离子体行为研究,探究主机关键系统和部件复杂动态负荷对主机系统可靠性、稳定性、安全性的影响,评估偏滤器与超导磁体材料/部件在堆工情况下的服役性能,为我国开展聚变堆设计及核心部件研发、热与粒子排除关键问题研究、大规模低温和超导技术研究、强流离子束与基础等离子体研究、深空探索等提供技术支撑。” 施旭光说。

施旭光告诉记者,项目建设内容,主要为偏虑器研究系统和超导磁体系统提供基础设施和配套工程,项目建成后将成为国际聚变领域参数最高、规模最大的综合性多学科交叉的主机研究设施。

“建设‘国之重器’,过程中不得出现任何失误,我们最终目标是获得中国建筑行业工程质量的最高荣誉奖-鲁班奖。”施旭光说。 

一沙一尘的建造都充满神圣 

沿着初秋的乡间小道,层层绿荫的尽头,屹立着一排排充满“科技感”的厂房。阳光穿过树叶的缝隙,洒在厂房银色幕墙上,折射出耀眼的光芒。合肥综合性国家科学中心首个落地的大科学装置项目——合肥聚变堆主机关键系统综合研究设施园区工程完工在即,曾经图纸上的“旭日金凤”如今已跃然至现实。

尽管已经对用于试验的地坪,做了多次泥土回填,但土壤的含水率仍然让施旭光担忧。在“人造太阳”的核心厂房,地面承载力是建设者们关心的重中之重。且在后期工艺设备安装过程中,有预计单台重量超过600T的构件在厂房内安装,这对地面承载力提出了极大要求。按照设计要求,地平每平方米的承载力最大可达40吨。

“土壤的含水率仍然不理想,用换土作业的方式工期短,但土地的承载力无法保障,用打桩的方式加固地基,我们很可能面临项目延期的风险。”施旭光已经连续一个星期深夜修改地坪施工方案了。

为了做好整个园区的地坪,施旭光特意选择12号厂房,安置人造小太阳主机的400平方米地面作为试验地坪,试验成功后才能推广至整个园区。试验、升级、再试验,这样的工作施旭光重复了很多次。在聚变堆项目中,和施旭光一样奋战在一线的管理人员还有34人,他们大多是90后的年轻人。

从2019年10月加入聚变堆建设以来,章程回家的次数一只手都数得过来。今年25岁的章程,如今是项目的一名技术总工,“太忙了,每天夜里12点下班是正常状态。对我们来说,夜里12点后才算是加班。”章程说,因为施工中遇到的各种技术问题,都需要他们来解决,所以根本离不开,也不放心离开。

从高空俯瞰,聚变堆像一只浴火重生的凤凰。“我现在建的是一个造福人类的工程,未来我也希望告诉我的孩子,这个‘人造小太阳’是爸爸建的!”提起他的工作,章程是说不尽的骄傲与自豪。

29岁的钢筋工张成军,老家远在1700多公里外的哈尔滨。去年春节受新冠疫情影响,他选择就地过年,和他一同留在工地上的还有200余名工友。“工地上过节补助挺多的呢,年夜饭吃我们八个菜一个汤,吃的也很好哩。”最高峰时,现场施工人数高达千人,这里一沙一尘的建造都充满神圣。

每一件活都得干漂亮

记者在项目采访中,很多工友的语言朴实无华,他们并不知道自己所建的建筑承载了什么,有着什么重大意义,只知道自己身上有那么一股责任感和使命感,得把每一件活干得漂亮。

这片14万平方米的建筑工地,承载着国家科学的梦想和荣光,也牵连着数百名年轻工友的期待与乡愁。

许多工友都告诉记者说,刚来的时候,咱也不懂啥是“核聚变”,上网一查,说是和国家科技相关,是个伟大的计划,各级领导也来调研过建设进度。这让他的工作有了使命感,要努力把工地上的活儿干好。

28岁的项目生产经理王旭东皮肤黝黑而粗糙,他是合肥本地人,从小到大,对中科大、科学岛等名词耳熟能详。王旭东家距离项目只有半小时车程,除夕之夜他没有回家。儿子5岁了,上幼儿园中班,王旭东陪孩子的时间很少。最让王旭东感动的是,爱玩乐高玩具的儿子,把自己搭的“作品”命名为“托卡马克”。

当小家情遇上大国梦,没有怨言,只有坚守。建筑人广泛地存在于我们周边,却又不被大多数人所熟知,他们是这个城市的建设者和奉献者,他们起早贪黑,不舍昼夜,默默为城市发展贡献力量,为重点工程凝心聚力,为攻克难题开动脑筋。

项目建设中,存在数不清的难点。厂房总计9栋,包含室外广场,总用钢量达2.2万吨。厂房内对地面承载力有不同程度的要求,在后期工艺设备安装过程中,还有预计单台重量超过600吨的构件,项目团队严格执行图纸设计要求,采取多种措施提高地坪基础承载力。

同时,大科学装置的外观很多都是异形结构,对测量放线精度要求高,很多楼建筑外围轮廓采用流畅曲线设计,曲率、半径各不相同。项目利用云扫描模型,计算异形建筑物放样元素,利用测量机器人逐个放样,并提出“黑科技”技术方案。 

建设过程中,大曲率段防水面积0.99万平方米,比一个标准足球场还大,设计要求防水等级为I级,就好比穿上滴水不漏的“雨披”。项目为此编制防水施工专项施工方案,邀请相关专家反复研究论证。

项目还综合考虑行车大件运输,吊装、调试全过程,为这些“大力士”提前规划好路线,确保“大力士”们你来我往、井然有序地完成吊装任务。

这里一沙一尘的建造都充满神圣。这一系列努力和创新创造的背后,离不开建筑工人智慧和汗水的结晶。

 
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