英国原子能管理局（UKAEA）的工程师近日在位于卡尔汉姆园区的聚变装置 MAST Upgrade 上取得一项技术里程碑：成功将重达 12 吨的关键组件双束箱体（double beam box）就位于预定位置。
双束箱体采用双层（double-decker）布局，设计用于容纳两台中性束注入器（NBI）。中性束注入器是聚变研究中的关键设备，通过向等离子体发射高能中性原子，将其温度提升至超过 3000 万摄氏度。
在 MAST Upgrade 现有配置基础上新增两台注入器后，新的双束箱体将使该装置的中性束加热功率翻倍，由 4.4 兆瓦（MW）提升至 8.8 兆瓦。
据预测，更高温的等离子体条件将由 3000 万摄氏度翻倍至 6000 万摄氏度，使研究人员得以探究未来聚变发电厂所需的技术与物理条件，包括英国原型聚变电厂 STEP 的相关需求。
MAST Upgrade 与聚变排热难题
MAST Upgrade 是世界上最大的在运行球形托卡马克装置，坐落于卡尔汉姆园区，由能源安全与净零排放部（DESNZ）资助，并隶属于欧盟 EUROfusion 欧洲中型托卡马克计划。它建立在 2000 年至 2013 年运行的初代 MAST 装置基础之上，经重新设计后实现了更高性能，更长的等离子体脉冲、更强的加热功率与磁场，以及一套创新的等离子体排热系统，可创造达到 3000 万摄氏度的等离子体。
该装置的三大目标分别是：研究新型排热概念、降低球形托卡马克作为未来电厂设计的风险、拓展支撑更广泛聚变计划的物理认知。其中，"等离子体排热"被视为聚变能源面临的最大挑战之一。托卡马克的排热系统称为偏滤器，负责将等离子体抛出的粒子与热量导向内壁。若功率负荷过高，偏滤器部件可能每隔数年就需更换，将危及聚变的商业经济性。MAST Upgrade 是全球首个采用高度优化的 Super-X 偏滤器的托卡马克，先前的实验已成功将偏滤器部件的热负荷降低了十倍，相关成果为未来装置设计提供了关键参考。
第五轮科学实验收官
双束箱体的吊装，正值 MAST Upgrade 一系列更大范围工程工作的推进之中。就在不久前，该装置刚刚完成第五轮科学实验活动，汇聚了来自 40 多家机构的 200 余名研究人员，累计创造了 1000 多个等离子体，标志着该计划的又一重要里程碑。目前，团队正同步开展必要的工程作业，并对托卡马克加热系统进行升级——双束箱体吊装正是其中的关键环节。
其他正在推进的工程升级还包括：
从联合欧洲环（JET）转移并重新利用供电设备；
制造并安装束流线模块，用于形成中性束并将其注入等离子体；
制造并组装低温泵，即将安装于双束箱体容器内以控制系统压力；
安装正离子中性注入器（PINI）；
安装一套新的电子伯恩斯坦波（EBW）微波加热系统。
双束箱体容器含盖完整组装后总重约 15 吨，容积 20 立方米，采用 316L 不锈钢制造，并具备良好的真空兼容性，这对于容器内部所需的超高真空环境至关重要。
所有主要硬件预计将于 2027 年秋季末之前制造并安装至双束箱体容器内。随后，这一真空密封容器将完成调试，用于预计 2028 年启动的科学实验。
参考资料：
1.https://www.gov.uk/government/news/giant-12-tonne-box-lowered-into-place-for-fusion-upgrade
2.https://www.ukaea.org/work/mast-upgrade/