3月17日，ITER Organizaition官宣由美国承担的ITER中央螺线管支撑结构的所有部件已顺利交付。目前，四个中央螺线管模块已安装就位，最后两个预计将在今年完成安装。
一、ITER中央螺线管
中央螺线管（Central Solenoid，CS）位于ITER的中心位置，是一个高60英尺（约18米）超导磁体，堪称是ITER的“心脏”。其作用包括：
- 驱动等离子体电流：中央螺线管能够驱动等离子体电流，用于启动等离子体并维持其电流。在托卡马克装置中，等离子体电流对于维持等离子体的稳定和约束至关重要。
- 约束和控制等离子体：中央螺线管与环向磁场线圈（Toroidal Field Coils，TFC）和极向场线圈（Poloidal Field Coils，PFC）等其他磁体协同工作，共同构建一个强大的磁场笼，将等离子体约束在反应堆内。中央螺线管利用能量脉冲在等离子体中产生电流，从而控制等离子体的形状和位置。
- 提供磁通量变化：中央螺线管能够产生大部分磁通量变化，这对于启动等离子体、产生等离子体电流以及在燃烧期间维持该电流至关重要。
- 作为磁铁系统的支柱：中央螺线管构成了托卡马克装置的支柱，其功能是诱导等离子体电流并在整个放电过程中保持。
二、CS支撑结构
中央螺线管的支撑结构，可以形容为中央螺线管的“外骨骼”或“笼子”。今年1月，最后一批支撑结构部件从美国启航，途经大西洋运往法国，这也标志着美国在历经10多年的研发与制造，最终完成了支撑结构制造这项任务。
支撑结构包含了9000多个独立零件，由美国六个州的8家供应商合作制造。这8家供应商分别为：Kamatics（康涅狄格州）；Major Tool&Machine（印第安纳州）；Keller Technology（纽约州）；Hamill Manufacturing、Precision Custom Components、Superbolt（宾夕法尼亚州）；Petersen（犹他州）；Robatel Technologies（弗吉尼亚州）。
支撑结构制造过程中，面临两大挑战：
- 第一个挑战是将6个中央螺线管模块固定在以毫米为单位的严格公差内。
- 第二个挑战是将所有结构组件充分固定在一起，以承受CS产生的极端力。为此，科研团队也寻求与开发了Superbolt®技术的美国公司Nord-Lock Group进行合作。
为确保能够承受CS产生的极端力，该团队必须克服许多挑战。其中一个例子就是开发27个连接件，称为拉板，它们形成支撑结构的垂直杆。拉板将螺线管基础平台上的下键块连接到结构顶部的上键块，在中央螺线管周围形成一个笼子。
来自美国橡树岭国家实验室（ORNL）的高级工程师David Vandergriff自2016年加入ITER US以来就一直在从事该项目的研发工作，他这样说道：“设计和制造首创的超导中央螺线管是一项重大的工程挑战，但如果没有支撑结构，这块磁体就无法为ITER提供服务。”
US ITER工程技术总监Kevin Freudenberg表示：“该结构的首要作用是将六个中央螺线管模块固定在指定的位置上，误差精确到毫米。然而，真正的挑战实在后续的运行过程中。在关键时刻，模块堆栈上产生的垂直力高达60兆牛顿—是太空火箭发射时力的两倍多。”与此同时，Kevin Freudenberg也期待早日看到支撑结构围绕中央螺线管组装，因为这意味着他们多年的研究取得成果，同时也代表着距离ITER启动运营又近了一步。
三、美国在ITER中的角色
除支撑结构外，美国承担的ITER采购包任务还包括：
- 托卡马克冷却系统：对于管理反应堆中的热量至关重要。
- 诊断系统：用于监测和分析等离子体状况。
- 电子和离子回旋加速器加热传输线：用于加热等离子体。
- 中央螺线管磁体：由General Atomics负责制造，包含6个独立的模块组成，每个模块重达121吨。
- 颗粒喷射系统：用于将燃料注入反应器。
- 氚装置的托卡马克废气处理子系统：负责处理反应堆废气和杂质分离。
参考链接：
- https://www.iter.org/node/20687/all-elements-central-solenoid-structure-now-iter
- https://www.ornl.gov/news/last-delivery-central-solenoid-structure-arrives-iter
- https://www.neimagazine.com/news/final-component-for-central-solenoid-support-structure-delivered-to-iter/?cf-view