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真空泵为什么要升温?ITER如何让抽气不中断

ITER真空室的低温泵在极低温下捕获气体,再通过升温释放。六台泵轮流工作,磁体则由另一套真空系统隔热。

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存放在ITER现场的环形真空室及低温恒温器用低温泵。
存放在ITER现场的低温泵(照片于2025年3月发布)。这些设备用于真空和燃料循环系统,照片为存放状态。©F4E · 使用条款

低温泵要冷却后才能工作。要把捕获的气体取出来,又得让它升温。正在法国建设的ITER计划在容纳等离子体的真空室周围布置六台低温泵。有意思的是,六台泵并不同时工作。有些继续抽气,另一些暂时退出。回收未反应燃料的工作,就在这段间歇里开始。

封闭容器后,先把空气抽出去

托卡马克的真空室封闭后,首先要抽走空气。ITER的真空室容积约为1,400立方米。ITER组织估计,利用机械泵和低温泵进行初次抽气,需要24至48小时。容器组装到位后,还要通过调试确认,这么大的空间能达到要求的真空度。

等离子体形成后,抽气仍要继续,因为聚变产生的氦和未反应的燃料都要从容器中移出。与实验前抽掉空气相比,这时所处理的气体和抽气目的都变了。

车队等待夜间运输,车上载有装着韩国制造的ITER真空室扇区的大型运输箱。
运输箱内是韩国采购供应的第四段ITER真空室扇区。车队在法国等待开始最后一段运输(2024年11月7日,资料照片)。© ITER Organization, http://www.iter.org/ · 使用条款

积存气体的泵先与容器隔离

低温泵用冷却至极低温的面板捕获气体。ITER所用的面板表面涂有椰壳制成的多孔活性炭。泵内这些肉眼难见的小孔,能帮助从巨大的容器中移走氦气。

同一块面板能容纳的气体是有限的。按照ITER组织公布的设计,阀门会将真空室侧六台低温泵中的一部分暂时隔离。将这些泵升温,释放捕获的气体,再用另一台泵送往燃料处理设施。重新冷却后,低温泵就能恢复抽气。这一套过程叫作“再生”。其余泵仍连通真空室,因此即使有泵在再生,装置也能继续抽气。

技术人员正在ITER真空室内安装磁通环。
正在ITER真空室内安装磁通环。照片由ITER组织于2026年11月9日发布。© ITER Organization, http://www.iter.org/ · 使用条款

磁体周围还有另一层真空

包围超导磁体的低温恒温器也有两台专用泵。这里的真空用于减少外界热量传向磁体。欧洲制造的八台泵包括等离子体真空室侧的六台,以及磁体隔热侧的两台。用于中性束加热的四台泵另计。

欧洲的Fusion for Energy在2025年3月宣布,八台泵均已完成工厂验收试验。同年9月,ITER组织报告称,将预生产泵冷却到约5 K,并用氦等气体进行了抽气试验。逐台在试验中验证设备,和在等离子体实验期间让多台泵轮值,是两个不同的阶段。真空系统交付后,测试还要继续。

了解ITER的工作原理和实验目标 · 了解聚变装置为什么需要真空

建设中的ITER托卡马克坑,左侧可见环向场线圈的外壳。
ITER托卡马克坑和环向场线圈(2026年10月19日发布)。© ITER Organization, http://www.iter.org/ · 使用条款
来源与原始资料

信息核实日期:2026-11-15
工厂验收试验和预生产泵的抽气试验均已于2025年公布。多台泵轮值是ITER公布的设计,尚无装置在等离子体运行期间实现该设计的实测结果。

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