2025年1月20日，国际热核聚变实验堆（ITER）在其官网发布了一则题为《Ready to enter commissioning》的消息。

报道主要内容涉及 ITER 复杂的低温泵系统和大型真空腔体的测试工作，其低温泵也正式进入调试阶段。该设备对于实现 ITER 超高真空环境和聚变反应至关重要。

▲ITER 在低温工厂内建立的低温泵测试装置，该装置的核心是一个大型圆柱真空腔体（图右），连接至低温流体分配单元，运行时 ITER低温泵的低温负载预计占工厂总负荷的25%。

想要达到 ITER 真空腔体所需的超高真空环境，仅靠机械真空泵是无法实现的。ITER 联合德国研究仪器公司，研发了大型低温泵。

低温泵‌的工作原理主要是利用极低温表面冷凝和吸附气体分子来实现抽气，通常由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板组成。其气体分子吸附强度与温度成反比：表面温度越低，吸附力越强。其具体工作过程如下：

‌● 冷凝过程‌：低温泵内的冷板温度极低，气体分子在冷板上冷凝，形成凝结物。冷凝的平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。

● ‌吸附过程‌：气体分子被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上，吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。

‌● 捕集过程‌：在抽气温度下不能冷凝的气体分子被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。

▲普通低温泵的结构示意图：1-障板；2-泵体；3-二级冷头；4-冷板；5-80 K辐射量；6-活性炭；7-一级冷头；8-制冷机；9-温度传感器接口；10-排气阀

ITER测试的低温泵将通过碳涂层吸附板捕获粒子，这些吸附板被冷却至接近绝对零度（4 K，即-269°C）。据悉，欧洲负责采购的6台环形低温泵将安装在托卡马克真空腔体周围，另有2台连接至低温恒温器。目前已有5台低温泵已交付，剩余3台预计很快抵达 ITER。

ITER 低温泵所承担的主要任务是在注入聚变燃料前，为1400m³大型真空腔体提供超高真空环境，同时通过吸附提取氘-氚聚变反应中未燃烧的燃料，清除反应过程中产生的物质，如氦气等。

因为该低温泵是在-269°C低温下吸附气体，再升温至200°C释放吸附的气体，所以设备的工作温域较宽，所需部件较多，这使低温泵成为 ITER 最复杂的系统之一。

根据 ITER 发布的数据，每台重达8吨、直径1.6米、长3.5米的钢制圆柱体内装有精密机械部件，组成了全球最大的全金属真空阀。欧洲超过20家高科技企业参与了设备的研发与制造。

▲ ITER 总干事 Pietro Barabaschi (中) 参观 ITER 真空系统及低温工厂

尽管所有 ITER 组件出厂前均需通过严格测试，但为确保其在托卡马克实际运行中的表现，2024年 ITER 低温工厂内专门建立了低温泵的测试装置。

2025年1月14日，ITER 总干事 Pietro Barabaschi 参观了即将进入调试阶段的测试装置。据 ITER 真空系统工程师 Alessandra Iannetti 介绍，测试将分以下阶段推进：

● 常温氦气测试：验证阀门、联锁装置等低温泵机械部件性能；

● 低温测试：降温至80 K（-193°C），检测泄漏与热损失，最终达到 4 K 运行温度；

● 气体模拟：抽气功能得到验证后，以氦、氖等分子量接近的气体替代氢气，模拟等离子体运行场景，测试粒子吸附、燃料回收及灰烬处理等核心功能。

▲ ITER 低温工厂及设备安装团队合影

不仅如此，低温泵测试装置的运行将为 ITER 磁体低温测试平台提供关键数据。该平台计划于2025年底启动，用于测试托卡马克的巨型环向场线圈。其低温恒温器还可测试俄罗斯提供的 ITER 最小极向场线圈 PF1。

https://www.iter.org/node/20687/ready-enter-commissioning