全球最大聚变堆超导磁体在合肥通过验收，国产化率100%

582吨“人造太阳”心脏在合肥下线：全球最大超导磁体通过验收

6 月 27 日上午 10 时, 安徽合肥科学岛, 有一个巨型“铁环”静静矗立着, 它长 21 米、宽 12 米、高 3.3 米, 位于中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的实验大厅内。这个庞然大物总重达 582 吨, 是“人造太阳”项目中极为关键的部件之一, 即环向场超导磁体。它刚刚通过专家组综合验收, 正式成为当下全球尺寸最大的聚变堆超导磁体, 这标志着中国在核聚变工程领域跨出了实质性的一步。

这项突破到底意味着什么

环向场磁体作为聚变堆的“心脏”, 其肩负着产生强磁场的任务, 此强磁场要把上亿摄氏度的高温等离子体紧紧束缚于真空室内, 从而避免高能粒子撞击器壁致使能量损耗。简言之，要是没有它, 人造太阳便没法“点燃”。此次验收通过的磁体, 其运行电流为98千安, 总储能高达120吉焦, 16个磁体共同工作之际, 能够在装置中心产生6.5特斯拉的磁场, 最高场强可达14.5特斯拉。这项成果使中国在该领域的工程能力径直跃至国际前列。

两套核心磁体同时突破

耐人寻味的是, 就在同一天，高温超导中心螺管线圈完成了满工况参数测试。两套聚变堆关键超导磁体接连取得成功, 这在中科院等离子体物理研究所历史上尚属首次。据该所项目负责人、研究员宋云涛介绍, 环向场磁体用的是低温超导, 中心螺管线圈用的是高温超导, 它们的技术路线不同。它们的同时突破意味着我们掌握了两种主流技术路径的工程化能力。这种“双线并进”的策略显著降低了未来建设聚变堆的技术风险。

100%国产化是如何实现的

此次验收里, “核心技术100%国产化”是最为引人注目的标签 , 超导股线的拉制是国内团队自主进行的 , 大型绕制设备的研发是国内团队自身完成的 , 低温杜瓦的焊接工艺是国内团队独立达成的 , 精密检测系统的搭建是国内团队自行做到的。项目总工程师傅鹏在接受采访的时候表示 , 最难的并非是设计而是制造 , 582吨的磁体要在零下269摄氏度的极低温环境下稳定运行60年 , 焊接哪怕一个缝隙都极有可能引发灾难性后果。他透露 , 团队在材料制备环节突破了18个关键技术瓶颈 , 整个研制周期长达7年。

这次突破到底多难

尤其需要留意的是, 此项成果是于全球核聚变研究步入“工程验证”这一关键阶段的大背景之下所获取的。当下, 国际热核聚变实验堆（ITER）项目正遭遇进度延迟以及成本超支方面的挑战。然而, 中国同步开展推进的“中国聚变工程实验堆（CFETR）”已然清晰明确地规划在2030年代完成建构。在此次磁体验收中, 直接为CFETR的工程设计供给了关键的验证数据。在中国科学技术大学核科学技术学院中, 有一位名为王腾的副教授, 在他看来, 什么呢? 这是这样一种情况, 那就是相当于在造桥这个行为发生之前, 就已经先完成了最大跨度预制梁的荷载测试, 而这种情况所具有的意义, 其重要程度并不亚于当年东方超环也就是EAST首次达成百秒量级等离子体运行的意义。

哪些人将直接受益

从事聚变研究的国内科研机构, 会首获这项技术突破带来的益处。合肥等离子体物理研究所、中科院近物所、中国工程物理研究院等单位科研人员, 能取得更真实的实验平台数据。超导材料企业处于产业链上游, 西部超导、永鼎股份等公司承接了相关订单，此次成功验收会加速这些企业技术的迭代。普通消费者而言, 核聚变商业化尚需20到30年, 不过每次工程突破都在缩短这个时长。宋云涛于验收现场着重指出, 我们并非是在打造一件实验品, 而是在为人类未来长达百年的能源问题去建造船只。

这台磁体跟以往有何不同

和ITER项目的环向场磁体相比较, 中国此次制造出的磁体在尺寸方面已然胜出, ITER的同类磁体单个重量约为310吨, 然而中国的这台磁体重达582吨, 更大的尺寸表明更强的约束能力以及更高的能量密度, 在关于关键技术的指标上, 中国磁体的最高场强为14.5特斯拉, 同样超越ITER所设计的11.8特斯拉, 傅鹏作出解释: “我们特意将设计裕度留得更大, 这皆是为了验证国产材料在极端工况下的极限性能。”。”这种“超规格验证”策略，在重大科学工程中并不多见。

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