6月27日,中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所消息,國家重大科技基礎設施"聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施"(CRAFT)最大的超導部件——環向場磁體完成全部制備工藝,正式通過專家驗收。
同日,高溫超導中心螺管線圈磁體也完成滿工況參數測試,核心性能達到國際領先水準。
兩項核心超導部件的全國產化突破,標志著中國聚變工程能力躍上新臺階。
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01、全球最大聚變堆超導磁體誕生
此次驗收的環向場磁體,是目前全球尺寸最大的聚變堆超導磁體。
俯瞰之下,這個巨型部件呈現出標志性的"D"字形輪廓,長21米、寬12米、高3.3米,總重量達到582噸。
對比國際熱核聚變實驗堆ITER的同類磁體,它的體積超出30%,總儲能更是達到對方的3倍,各項性能指標均領跑國際同類產品。
在具體參數上,單臺磁體運行電流達98千安,總儲能120吉焦。
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未來建成的聚變堆將由16臺這樣的環向場磁體環繞排列,在等離子體中心產生6.5特斯拉的強磁場,磁體本體最高磁場可達14.5特斯拉。
它的核心作用是構建環向磁場,像一只無形的巨手將上億攝氏度的高溫等離子體牢牢約束在真空室中心,避免高能粒子直接撞擊器壁造成能量損耗與結構損傷。
制造工藝上,這支科研團隊歷時整整六年,攻克了一系列世界級難題。
磁體采用原創的"外方內圓"設計方案,有效解決了超大電流工況下強電磁干擾與巨大機械應力的矛盾。繞組部分采用分級設計理念,由高場(高性能Nb?Sn超導材料)、中場(ITER級Nb?Sn)、低場(NbTi)三個子繞組套裝而成,在不同磁場區域匹配最適合的超導材料,兼顧性能與成本。
從超導線材、大電流導體設計、低電阻接頭制造,到絕緣材料研發、線圈精密繞制、真空壓力浸漬,整條技術鏈條已實現100%國產自主可控。項目累計申請授權專利47項,制定行業標準14項。
值得一提的是,這臺磁體設計壽命長達60年,需要在零下269攝氏度的極低溫、近百千安的大電流、強中子輻射與超高電磁應力的極端環境中長期穩定運行,對材料與工藝的可靠性要求近乎苛刻。
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02、高溫超導中心螺管同步突破,動態調節能力國際領先
與環向場磁體驗收同日官宣的,還有高溫超導中心螺管線圈磁體的滿工況參數測試成功。
如果說環向場磁體是約束等離子體的"骨架",那么中心螺管線圈就是驅動等離子體運轉的"心臟起搏器"——它負責感應并驅動等離子體電流,還能動態調節等離子體的約束形態,對維持聚變反應穩態運行至關重要。
實測數據顯示,這款線圈穩定載流達到60千安,總儲能6.03兆焦,最大磁場變化率可達每秒5.1特斯拉,超導接頭電阻低至0.87納歐,幾乎接近零損耗。
從高溫超導材料、結構設計到成套制備工藝,該磁體同樣實現了完全國產化。
作為緊湊型聚變能實驗裝置的核心部件,它的研制成功為下一代更小型化、更高效率的聚變裝置鋪平了道路。
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03、中國聚變能研發多點開花,工程化進程加速
此次兩項突破并非孤立事件,而是中國"人造太陽"整體布局的重要組成部分。作為國家"十三五"重大科技基礎設施,CRAFT聚焦聚變堆主機關鍵系統的工程化驗證,目標是為未來中國聚變工程實驗堆(CFETR)提供核心技術儲備。
在此之前,中國聚變領域已積累了深厚家底。位于合肥的全超導托卡馬克EAST(東方超環)多次創造長脈沖高參數運行的世界紀錄;
①"中國環流三號"實現了離子溫度1.2億攝氏度、電子溫度1.6億攝氏度的"雙億度"運行;
②全球首臺全高溫超導托卡馬克"洪荒70"成功實現1337秒穩態長脈沖運行。
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與此同時,聚變堆第一壁材料、偏濾器、包層等關鍵子系統也相繼實現全流程自主研發。
此次兩大超導磁體的國產化落地,相當于為未來聚變堆裝上了自主可控的"核心引擎",不僅筑牢了超導工程基礎,也大幅提升了我國在聚變領域的國際話語權。
距離可控核聚變真正商用仍有很長的路要走,但每一次核心部件的突破,都在把人類邁向終極能源的距離拉近一步。
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