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最近核聚變領域有兩項成果刷屏,很多人看了云里霧里。其實并不難理解。
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一個是環向場磁體走完所有制備流程并通過專家驗收,另一個是高溫超導中心螺管線圈磁體完成滿工況參數測試,關鍵性能走在國際前列。更重要的是,兩個都實現了100%國產化。
核聚變需使燃料處于上億攝氏度的等離子體狀態,在此極端條件下,燃料方可發生聚變反應,釋放出巨大能量。地球上難覓能承載如此高溫的實體容器。
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無論何種材料,一旦觸碰這熾熱溫度,便會頃刻間直接氣化,足見此溫度之高,令人驚嘆。當下。
唯一行之有效的約束手段,乃是借助強磁場使等離子體處于懸空狀態,將其禁錮于真空室內,確保它不與任何壁面接觸。
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環向場磁體的作用,就是產生這個環形強磁場,把等離子體牢牢約束在環形空間里,不讓它到處亂跑。
這個磁體是國家重大科技基礎設施"夸父"(CRAFT)的核心部件,也是目前全球尺寸最大的聚變堆超導磁體——體積達到同類型的國際熱核聚變實驗堆ITER磁體的1.3倍,儲能達到三倍。
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更關鍵的是,整個CRAFT項目從超導線材、特種不銹鋼結構件到絕緣材料,整條產業鏈全部實現國產自主化,各項指標在國際上屬于絕對第一梯隊。
同一天傳出進展的,還有高溫超導中心螺管線圈磁體。
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在托卡馬克裝置中,它發揮著核心作用。借助電磁感應,它能驅動并維持等離子體電流,還可實時對等離子體的約束形態進行精準調控。
工作環境極為嚴苛,需長期承受大電流、高應力以及高頻脈沖交變磁場的考驗。如此惡劣條件下,該項目的研制門檻之高,可想而知。
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值得注意的是,這套線圈采用的是高溫超導路線,而不是之前需要在液氦極低溫環境下才能工作的低溫超導材料。
高溫超導材料運行溫度更高,電流密度更大,能做出更緊湊、能效更高的磁體系統,也是未來聚變堆走向實用化、小型化繞不開的技術路線。
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實測數據顯示,該套線圈穩定載流可達60千安,儲能6.03兆焦,最大磁場變化率為每秒5.1特斯拉,接頭電阻僅0.87納歐。
其各項關鍵指標皆達國際領先水平,性能卓越。同樣,從超導材料、結構設計到成套制備工藝,全部實現完全自主可控生產。
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要理解這兩項成果的意義,得看清中國核聚變的整體布局。
東方超環(EAST)負責驗證等離子體約束的物理原理;CRAFT(夸父)負責把原理落地,專門解決聚變堆核心部件的工程化難題;
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BEST是銜接EAST和CFETR的緊湊型技術驗證裝置,定位為聚變能發電演示平臺;最終所有成熟技術都將輸送給中國聚變工程實驗堆(CFETR),完成工程化驗證與發電示范。
從研發實驗到工程落地,每一條路都已經鋪好了。
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這兩項突破,說明中國正在把核聚變從"科學實驗"推向"工程驗證"。離"無限能源"進入千家萬戶還有幾道大關要跨,但通往那一天的關鍵臺階,又被踏實地踩上了一級。
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