我国“人造太阳”取得重要突破

6月27日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”项目取得最新进展，环向场（Toroidal Field，TF）超导磁体、高温超导中心螺管（Central Solenoid‌，CS）线圈等两套聚变堆关键超导磁体，先后完成研制验收与满参数测试，综合性能跃升国际前列。

此次通过专家组综合验收的聚变堆TF超导磁体，是目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。

该磁体长21米、宽12米、高3.3米，总重量达582吨，体积是国际热核聚变堆ITER TF磁体的1.3倍，储能是其3倍。

TF磁体是聚变堆最重要的部件之一，在聚变反应中，它负责构建一个强大的环向磁场，如同打造一个看不见的“磁笼”，将上亿摄氏度的聚变等离子体稳稳地“锁”在真空室中心，使其不与任何容器壁接触，从而实现受控核聚变。这不仅能大幅减少高能粒子对器壁的冲击损耗，更为聚变反应的持续稳定运行提供了保障。

这个“巨无霸”磁体须在极低温、大电流、强辐射、高应力等极端条件下，稳定可靠运行60年。其运行电流98千安，总储能120吉焦。未来，16个这样的磁体将在装置等离子体中心产生6.5特斯拉磁场，磁体最高磁场14.5特斯拉。

该项目历时6年，攻克了材料、大电流超低电阻接头、精密制造、耐辐照等一系列世界级难题。项目申请授权专利47项，制定标准14项，实现了从设计、预研到研制、测试等磁体全链条100%国产化。

在技术路线上，团队实现了多项原创性突破。针对复杂的磁场分布，创新采用了分级绕组设计，在高、中、低场区域分别选用适配的超导材料，大幅降低了制造成本。同时，首次在大型超导磁体中应用内部接头工艺，实现了不同导体间的可靠连接。

值得一提的是，研发过程还推动了关键材料的国产化进程：国产高性能铌三锡（Nb₃Sn）超导线材实现了工业化量产，性能较ITER所用线材提升2至3倍；国内自主研制的高强度抗磁高锰钢，成功解决了强电磁力下的结构支撑难题。

“我们发展了400毫米深焊缝无损检测、大型线圈盒精密加工与焊接变形控制等12项关键技术。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员武玉说，“站在前人的基础上，我们用6年时间走完了ITER耗时近40年的研发制造流程，并且各项性能指标领跑国际同类产品。这套磁体的参数完全满足未来商用聚变发电堆的需求，为后续低温性能测试及聚变堆建设奠定了坚实基础。”

该磁体即将转入低温实验阶段，预计年底前完成全性能测试。

与此同时，高温超导中心螺管线圈完成了满工况参数测试，满足未来运行需求。

高温超导线圈的模型图

实测数据显示，线圈稳定载流60千安，储能6.03兆焦，最大磁场变化率每秒5.1特斯拉，接头电阻0.87纳欧。这些关键指标和核心性能均达到国际领先水平。

中心螺管线圈的核心作用是感应、驱动等离子体电流，并动态调节等离子体约束形态。该线圈额定运行电流46.5千安，6组线圈最高运行磁场19特斯拉，磁场变化率不低于1.5特斯拉/秒，接头电阻小于2纳欧，极端工况适配难度、研制技术门槛极高。

针对严苛的技术难度及装置极端运行条件需求，项目团队创新采用应力分散强力支撑结构与高低温混合磁体设计方案，先后攻克聚变堆高稳定性磁体设计、大电流高温超导导体研制、大截面导体小半径弯绕成型、超低阻超导接头制备、高强低温绝缘适配、高温超导磁体失超保护等十余项关键技术难题。

“整套线圈从超导材料、结构设计到成套制备工艺均实现完全国产化。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所博士后肖冠宇表示，“和国内同类样机相比，我们的载流能力、接头电阻、储能都实现了突破，处于国际领先水平，为我国聚变堆建设进一步筑牢超导工程技术基石。”

两套核心超导磁体的接连突破，有力提升我国聚变堆建设自主研发与工程建造能力，让“核聚变点亮万家灯火”的愿景又近了一步。

来源：电联新媒