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6月27日,合肥科学岛传出消息,中科院等离子体物理研究所的“人造太阳”项目一天内实现两项关键突破:聚变堆最核心的两套超导磁体,一套正式通过专家验收,另一套完成了满参数测试。两套磁体从材料到工艺全部来自国内技术,核心环节百分之百国产化,综合性能跻身国际前列。
要理解这些部件的分量,得先看“人造太阳”怎么工作。它的原理跟太阳一样,靠核聚变释放能量,反应核心的等离子体温度高达上亿摄氏度,地球上任何实体材料都扛不住。
科研人员的办法是用强磁场造一个看不见的“磁笼子”,把高温等离子体束缚在真空室中央,避免它碰到内壁。超导磁体就是这个磁笼子的骨架,没有可靠的大型超导磁体,可控核聚变就无从落地。
这次通过验收的环向场超导磁体,是磁笼子的主结构,负责形成环形磁场,把等离子体圈在内部空间,减少高能粒子对装置内壁的冲击和能量损耗。
它的尺寸和性能在全世界都是独一份:长21米、宽12米、高3.3米,总重582吨,体积是国际热核聚变堆同型号磁体的1.3倍,储能是对方的3倍,是目前全球最大的聚变堆超导磁体。未来建成完整的聚变堆,需要16块这样的磁体拼接成环,共同托住上亿度的反应核心。
个头大只是一方面,真正难的是工程实现。这套磁体要在零下两百多摄氏度的环境中进入超导状态,承载近十万安培的大电流,还要耐受强磁场带来的巨大应力,设计要求是稳定可靠运行六十年。
尺寸一放大,应力控制、低温保持、绝缘密封这些难题就急剧增加,加工精度差一毫米,整块磁体都可能报废。
为了做出这套磁体,国内团队前后花了六年时间,从方案设计、前期预研一直走到整机研制和性能测试,每一步都靠自己蹚过来。
全链条关键环节全部实现自主可控,从最基础的超导材料冶炼,到精密加工工艺,再到配套的测试设备,没有任何一环依赖国外核心技术。整个项目累计申请并授权了47项专利,制定了14项相关标准,多项性能指标领跑国际同类产品。
同一天,高温超导中心螺管线圈也完成了满参数测试。如果环向场磁体是固定形态的磁笼骨架,中心螺管线圈则相当于装置的启动器和调节器,主要作用是感应生成等离子体电流,并动态调整等离子体的约束形态,让聚变反应保持稳定。
测试结果显示,这套线圈可以稳定承载60千安电流,储能达到6.03兆焦,核心性能同样处于国际领先水平。和环向场磁体一样,从超导材料配方、结构设计到成套制备工艺全部国产化,没有给国外技术留下卡脖子的空间。
过去很长一段时间,高端超导材料和大型超导磁体的制造技术集中在少数西方国家。
中国聚变研究早期,很多关键部件只能依赖进口,价格昂贵不说,供货周期和技术参数都被别人拿捏,想做升级改造也处处受限。甚至一度有声音认为,中国在聚变领域只能跟着国外的技术路线走,搞不出自己的核心部件。
如今,两套最核心的超导磁体同时实现自主可控,性能指标还做到了全球领先,等于直接击碎了这种偏见。自己能造,还能造得更好,就不用再担心关键时刻被人断供。
尤其值得注意,这不是实验室里的纸面成果,而是直接面向未来聚变堆工程化的核心部件。有了这两项技术储备,后续建设自己的聚变堆就打下了最坚实的工程基础,整个项目的进度、成本和安全性都能攥在自己手里,不必再跟着别人的节奏亦步亦趋。
核聚变被称为人类终极能源,原料氘取自海水,近乎无穷无尽,反应过程没有碳排放,也不产生高放射性核废料。一旦实现商用,将会彻底改写全球能源格局。
全世界研究了几十年,目前仍处在实验验证阶段。谁能先突破工程化的关键技术,谁就能在未来的能源革命中占据主动。中国在这条赛道上从跟跑到并跑,再到部分领域领跑,靠的正是这样一次次硬核的工程积累。
合肥科学岛上的两项突破,表面看只是两个部件的验收和测试,背后是几代科研人员数十年的深耕,也是整个高端制造体系向上攀爬的缩影。核心技术攥在自己手里,发展的底气才足,终极能源的梦想也正一步一步从图纸走进现实。


