7月23日，日本国立量子科学技术研究开发机构（QST）与日立制作所（Hitachi）共同宣布为国际热核聚变实验堆（ITER）制造的偏滤器外垂直靶原型样品已顺利通过ITER组织的认证测试。
一、偏滤器功能与构成
偏滤器是托卡马克等磁约束聚变反应堆的核心部件之一，其核心作用是维持核聚变反应稳定，并排出堆芯等离子体中产生的燃料残渣、氦等聚变反应产物等杂质。其主要构成部分包括：内垂直靶板（IVT）、外垂直靶板（OVT）、穹顶（Dome）、偏滤器盒（Cassette）。
在氘-氚（D-T）运行阶段，90%的聚变能以热量形式沉积于偏滤器的靶板区域。因位置更靠近等离子体核心，靶板通常承受更高热负荷和粒子负荷，也被认为是堆内制造难度最大的一个。ITER偏滤器靶板设计稳态热负荷为10MW·m⁻²，瞬态可达20MW·m⁻²，远超常规材料极限。
偏滤器采用钨等特殊材料制造。钨熔点高但加工难度大，且其面向等离子体的表面形状精度要求极高，整体形状、倾斜度、台阶及间隙的误差需控制在0.5mm以内，这也对加工与装配精度提出了极高要求。
二、日立与QST的联合开发外靶板原型件
日本承担了偏滤器、环向场（TF）线圈等ITER核心部件的研发与生产等重要任务，QST作为日本参与ITER项目的代理机构，负责推进设备采购工作。
前面提到，偏滤器承受的热负荷最高可达20MW·m⁻²，相当于小行星探测器进入大气层时承受的表面热负荷，远超航天飞机所承受的热负荷。外垂直靶还需承受最大约16.5T的强电磁力，因此需要具备坚固的机械结构。研发能承受高热负荷与巨大电磁力的偏滤器技术，对未来提高聚变反应堆功率输出、缩小反应堆体积或增强磁场强度至关重要。
日立与QST自2022年1月启动了ITER偏滤器外垂直靶板全尺寸模拟件的研发工作。2024年7月，日立与QST合作完成的首个原型件制造完成。通过引入自动焊接系统等措施优化生产工艺，双方又在2025年3月完成第二个原型的制作，现在又通过了ITER组织的严格认证测试，也标志着日立的生产技术再次获得业内高度认可。
外垂直靶板材料的研发由QST主导，而依托在核能领域多年积累的技术与经验，日立研发出无缺陷、高品质的特殊材料焊接技术，以及针对复杂受限形状的无损检测技术。经反复验证测试，日立已掌握ITER组织要求的0.5mm以内高精度加工与装配技术。
此外，为优化生产流程、降低成本，日立还引入了专为偏滤器设计的自动焊接系统，用于厚壁高强度不锈钢的焊接。该系统采用搭载焊枪的机械臂，配合与机械臂运动同步的工件定位装置，替代人工操作，实现了低成本、高质量焊接。
据了解，QST将向ITER交付58个外垂直靶板，其中18个由前期合作企业（三菱重工，Mitsubishi Heavy Industries）制造，剩余40个的制造商将在后续确定。
参考资料：
- https://www.qst.go.jp/site/news/prototype-divertor.html
- https://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2025/07/0723.html