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“人造太阳”中国关键部件验收通过 西方封锁失效

来源:今日报道 分类:科技
“人造太阳”中国关键部件验收通过 西方封锁失效

中科院合肥物质科学研究院发布信息称:我国自主研发的聚变堆环向场超导磁体,已顺利结束全流程研制及验收工作,核心部件实现100%国产化。该磁体的体量如何呢?全长21米、宽12米、高3.3米,总重量达到582吨。

582吨是什么概念?大约相当于300辆小汽车叠放在一起,构成一个"甜甜圈"形态的铁质构件。这是目前全球范围内尺寸最大的聚变堆超导磁体,当之无愧。

●♦首先明确:所谓"人造太阳"实际含义是什么?

不少人听到"人造太阳"这个名词,便不清楚其具体用途。简而言之:太阳之所以能产生光和热,源于其内部氢原子在极端高温高压下实现聚变,进而释放出庞大能量。人类便试图在地球上复制这一过程,这就是核聚变。

燃料具体为何物?是氘和氚。氘能从海水中提取,1升海水中的氘若发生聚变,释放能量相当于300升汽油。地球上的海水储量足够供应几十亿年。反应过程是否产生核污染?不会。核聚变不会像核裂变那样形成长寿命放射性废料,也不会出现堆芯熔毁事故……反应条件极为严苛,哪怕有微小的失控,反应都会自动中止。

核聚变被誉为"终极能源":燃料取之不尽,过程清洁安全,能量密度极高。谁能掌握可控核聚变技术,谁就掌握了未来几千年的能源命脉。

●♦为何这项技术如此难以实现?

理论虽简单,实践难度极大。太阳内部温度高达1500万度,依靠强大引力约束等离子体。地球上缺乏这种引力条件,必须采用其他方法。

当前主流方案是"托卡马克"装置……使用环形真空室,外部缠绕超导磁体,通过强磁场来约束上亿摄氏度的等离子体。

上亿度意味着什么?钢铁早已气化多次。任何实体材料若接触等离子体,瞬间即被烧穿。必须用磁场"托住"等离子体,使其悬浮于空中,不触碰到任何器壁。这如同施展魔法般操控,又似用无形绳索,系住一头狂暴的野兽。绳索必须足够坚韧、足够稳定、不能断裂。这个超导磁体,正是这根"绳索"。

●♦此次突破关键点何在?

此次通过验收的环向场磁体,是托卡马克装置中最为核心的部件之一。它的作用是产生环向磁场,约束等离子体沿环形轨迹运动,防止高能粒子轰击真空室器壁。制造难度如何?且听下文详述。

■材料难题。超导材料需在极低温环境下工作,同时承受强磁场、大电流、巨大机械应力。过去此类特种超导材料长期被欧美日企业垄断,国内难以购得高端材料,或需支付天价。此次磁体所用特种不锈钢、绝缘材料、超导材料,全部国产,100%自主可控。

■尺寸挑战。该磁体长21米、宽12米、高3.3米,为ITER同型号磁体的1.3倍体积,储能达对方的3倍。体积越大,加工精度要求越高。任何微小缺陷,在强磁场和极低温下都会被放大,导致磁体失效。

■磁场强度挑战。16个同款磁体组合成环后,运行电流达100千安,中心产生6.5特斯拉的磁场。6.5特斯拉意味着什么?医院核磁共振的磁场强度通常为1.5至3特斯拉,这相当于两三个核磁共振叠加的强度,需分布在一个几十米大的环形空间里,均匀度要求极高。从设计、预研、研制到测试,科研团队历时6年。

结果公布:各项性能指标超越国际同类产品,全球尺寸最大、储能最高的全超导磁体,在中国诞生。

●♦不止这一项。

一套核心部件也带来喜讯。高温超导中心螺管线圈磁体,完成满工况参数测试。该磁体的作用是感应、驱动等离子体电流,并动态调节等离子体的约束形态。如果说环向场磁体是"笼子",那这个螺管线圈就是"缰绳",负责掌控等离子体的运动状态。

实测数据:稳定载流60千安,储能6.03兆焦,核心性能达到国际领先水平。同样,从超导材料、结构设计到成套制备工艺,均实现完全国产化。两套核心超导磁体同日通过验收,证明我国在聚变堆关键系统上,已构建起从材料到部件的全链条能力。

全球核聚变研究已持续数十年,当前最大的国际合作项目是ITER(国际热核聚变实验堆),位于法国南部,由中美欧日韩俄印七国共同参与。

但ITER进展缓慢,预算多次大幅超支,完工时间一再推迟,目前预计最早2035年才能开展氘氚聚变实验。

中国这边,除了参与ITER,还在推进自身聚变工程化路线。此次通过验收的磁体,属于"聚变堆主机关键系统综合研究设施"(CRAFT),旨在为未来中国聚变工程实验堆(CFETR)提供技术储备和工程验证。

实际上,我们不仅进行实验,更在为真正的聚变发电站奠定基础。

2026年被称作"核聚变工程化元年"。国内在建、规划的聚变装置总投资规模已突破1400亿元。多家科研院所集中启动设备招标,超导材料、真空腔体、偏滤器等核心部件订单大量投放。从实验室迈向工程化,从科研转向产业,这一步已然迈出。

●♦还需多长时间?

坦白说,可控核聚变距离商业化发电尚有距离。业内普遍预计,2035年前后方可建成示范电站,真正商业化发电或许需等到2040年以后。

但这并不意味着当前突破毫无意义。每一次关键部件的国产化,都在缩短这一距离。从技术封锁,到100%自主研制;从跟跑,到部分指标领跑;从实验室微型装置,到582吨巨型磁体……这条路历经数十年,每一步都值得肯定。终极能源的争夺战,才刚刚拉开序幕。

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