聚变是宇宙中所有恒星发光的主要过程,

它可能是地球上日益严重的能源问题的答案。

 
实现聚变是我们这个时代最受欢迎的技术目标之一,因为它可以产生大量的无碳能源。对这一目标的追求引发了最雄心勃勃的工程项目之一,即国际热核实验反应堆项目(ITER),这是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。
这个项目由35个国家联手证明聚变作为大规模无碳能源的可行性。作为该项目的一部分,他们正在法国南部建造一座超导托卡马克核聚变反应堆,俗称“人造太阳”。
国际热核实验反应堆项目(ITER)于1985年启动,预计在未来几十年内将产生第一个等离子体。
为了设计和建造这个错综复杂的综合体,工程师们应用了当今最前沿的技术,其中包括Geomagic Design X逆向工程软件。

什么是核聚变?

在太阳核心每秒发生数十亿次的核聚变反应产生的能量足以为地球提供数倍的能量。
在恒星体核心的巨大热量和重力下,氢核碰撞,融合成更重的氦原子,释放出大量的能量。
在地球上实现核聚变有很多优点。它提供了近乎无限的能源供应,没有碳排放,核废料很少。
现有的发电厂要么依赖化石燃料、核裂变,要么依赖风能或水能等可再生能源。核裂变会产生放射性废物,这可能是危险的,必须安全存储——可能存储数百年。
另一方面,核聚变产生的废物放射性较低,衰变速度更快。此外,核聚变不需要石油或天然气等化石燃料。
但实现核聚变是一个巨大的挑战。它发生在太阳的中心,科学家需要在地球上重现同样的条件——将原子推到一起所需的力、压力和温度是惊人的。
建造托卡马克装置

实现聚变的一种方法是产生等离子体,在这种状态下,气体被加热到极高的温度,促使电子与原子核分离。
国际热核聚变实验堆(ITER)项目的计划是将等离子体限制在托卡马克装置内,托卡马克装置是一种使用甜甜圈或圆环形状的强磁场的结构。完成的托卡马克装置应产生500兆瓦的聚变功率。

该综合体在法国的建设始于2013年,托卡马克装置的组装始于2020年。位于西班牙的Equipos Nucleares SA公司(ENSA)负责设计托卡马克真空容器的配件。

完成的装置重23000吨,直径28米,是有史以来最大的托卡马克装置。体积为840立方米的真空容器必须能够承受其内部等离子体达到的1.5亿摄氏度的温度。
Geomagic逆向工程软件助力精确的3D设计

托卡马克的等离子体反应室,即环面,将通过组装9个超过11米的扇区来创建。每个部分都是单独制造的,然后与周围的配件连接在一起。
这些配件的不同部分必须完美地结合在一起,因此ENSA公司设计了特制的配件来连接它们。该公司使用3D扫描的方式从现有零件开始逆向工作,并设计了周围的连接元件。

在西班牙工程专家的帮助下,ENSA公司扫描了离子体反应室的部件并在Geomagic Design X中创建CAD文件。

ENSA公司使用摄影测量和激光扫描来捕捉圆环每个扇区侧边缘的3D扫描数据。通过边缘的网格,他们可以在Geomagic Design X逆向工程软件中轻松创建相应的CAD模型。他们通过这种方式获得边缘精确和可编辑的3D设计。

ENSA公司的工程部门使用这些设计的几何体模型来制造完美契合的拼接板、用于将两个或多个配件固定在一起的金属板,以及保持两个配件就位的像饼干大小、较小的连接器。

ENSA公司的工作人员将在每个扇区的边缘设计拼接板和小连接器。一旦制造完成,所有配件都将焊接在一起。

2022年5月,九个等离子体反应室中的第一个被安装在组装坑中,您可以在国际热核实验反应堆项目(ITER)的网站上关注托卡马克的进展。