近日,中国在可控核聚变领域取得里程碑式突破——全球最大的人造太阳超导磁体在安徽合肥正式研制成功并通过专家验收。这一被称为“人造太阳”核心部件的超导磁体,由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头,联合国内多家单位历时多年攻关完成,标志着中国在大型超导磁体设计与制造技术上已跻身国际领先行列。
攻克“人造太阳”最核心难题
这一超导磁体是国际热核聚变实验堆(ITER)计划的关键部件之一。ITER被誉为“人造太阳”,旨在通过可控核聚变反应,模拟太阳内部的能量产生机制,为人类提供近乎无限的清洁能源。而超导磁体则是聚变装置的心脏——它需要产生极强的磁场,将上亿摄氏度的等离子体约束在真空容器内,使其不发生接触器壁而稳定燃烧。
此次研制成功的超导磁体直径超过10米,总重超过400吨,是目前世界上尺寸最大、磁场强度最高的超导磁体之一。其采用铌钛超导材料,在零下269摄氏度的液氦环境下运行,能够产生高达14特斯拉的中心磁场——这相当于地球磁场的数十万倍。更为关键的是,该磁体在通电测试中实现了稳定运行,各项性能指标完全满足设计预期,部分参数甚至优于国际要求。
从“跟跑”到“领跑”的跨越
这一成就并非一蹴而就。中国参与ITER计划已有十余年历史,从最初承担部分辅助部件制造,到如今攻克最核心的超导磁体技术,走过了从学习吸收到自主创新的艰难历程。等离子体物理研究所项目负责人介绍,超导磁体的研制面临材料、加工、组装、测试等多重挑战:需要将数十吨超导线材在纳米级精度下进行绕制,还要解决大尺寸构件在极低温下的形变控制和绝缘问题。团队通过自主研发的绕制工艺和检测系统,最终实现了毫米级的磁体拼装精度。
中国在超导磁体领域的突破,不仅为ITER计划注入了“中国动力”,也直接推动了我国自主核聚变装置——中国聚变工程实验堆(CFETR)的研发进程。CFETR是中国下一代聚变实验堆,目标是在2030年前后实现氘氚聚变反应并产生能量增益。此次超导磁体的成功验证,为CFETR的工程设计提供了宝贵的技术储备和工程经验。
全球能源转型的中国贡献
核聚变能因其燃料储量丰富(氘可从海水中提取)、反应产物无放射性、安全性高等特点,被公认为人类终极能源解决方案。然而,实现商用核聚变发电仍需克服众多技术瓶颈,其中超导磁体系统的规模化与可靠性是核心难题之一。中国的这项突破,意味着“人造太阳”向着实际应用迈出了坚实一步。
国际聚变界对此给予高度评价。ITER组织总干事曾公开表示,中国在超导磁体领域的贡献至关重要,其技术能力已得到全球同行的认可。目前,中国承担的ITER极向场线圈和环向场线圈等核心部件正在按计划推进,预计将在未来两年内陆续交付。
从安徽合肥的实验室,到法国卡达拉舍的ITER建设现场,再到不远的未来可能建成的中国聚变示范堆,这一枚超导磁体正在转动人类清洁能源的梦想。正如科研人员所言:“当我们点亮人造太阳的那一天,今天每一个微小的突破,都将成为历史中不可或缺的坐标。”