《环球时报》专访中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所专家：中国破解“人造太阳”关键工程难题

来源：环球时报

【环球时报报道 记者 李迅典】近日，人造太阳合肥科学岛传来振奋人心的环球消息：中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所（以下简称“等离子体所”）在可控核聚变领域取得关键性进展。一套重达582吨、时报长21米的专访中国质科专家中国巨型“磁笼”——环向场（TF）超导磁体，正式通过内部专家组验收；与此同时，科学另一核心部件——高温超导中心螺管（CS）线圈，院合在满参数测试中表现卓越。肥物这两套完全国产化的学研聚变堆关键超导磁体相继亮相，标志着中国成功攻克了“人造太阳”工程化链条上最艰巨的究院究技术壁垒。

双核驱动：构建最强“磁笼”与“火花塞”

全球最大“磁笼”：约束亿度高温等离子体

“它的等离核心功能是利用强磁场，将上亿度的体物高温等离子体‘火球’牢牢约束在真空室内，防止其接触器壁。理研”等离子体所研究员武玉向《环球时报》记者形象地比喻道，破解刚通过验收的关键工程环向场（TF）超导磁体，就是难题一个“看不见的、坚不可摧的磁笼子”。

该磁体单体重582吨，呈巨大“D”字形，尺寸为长21米、宽12米、高3.3米，是目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。其体积达到国际热核聚变实验堆（ITER）同类磁体的1.3倍，储能能力更是后者的3倍。未来，16个这样的线圈将拼接成环，在等离子体中心产生6.5特斯拉的强大磁场，通过洛伦兹力实现对高温等离子体的精准束缚。

最强“火花塞”：驱动等离子体稳定运行

拥有坚固的约束场只是基础，如何高效“点燃”并驱动等离子体则是另一大挑战。同一天通过满参数测试的高温超导中心螺管（CS）线圈，正是扮演这一关键角色。等离子体所研究员秦经刚将其比作“汽车发动机的火花塞”。

实测数据显示，该线圈在稳定载流60千安、储能6.03兆焦的条件下，最大磁场变化率达每秒5.1特斯拉，接头电阻低至0.87纳欧，各项关键指标均达到国际领先水平。作为紧凑型聚变能实验装置（BEST）的“动力心脏”，该线圈承担着感应驱动等离子体电流、动态调节约束形态的重任，直接决定了聚变堆能否成功“点火”及长期稳定运行。

全链条自主可控：打破国外技术垄断

此次两大磁体的突破，其核心价值在于实现了100%全链条国产化。从超导带材、高强度低温不锈钢、特种绝缘材料等核心原材料，到结构设计、精密绕制、超低阻接头制备、失超保护等全套工艺，中国彻底打破了国外的技术垄断，消除了核心部件“卡脖子”的风险，实现了从材料到工艺的完全自主可控。

极限挑战：零下268.95℃下的工程奇迹

肉眼可见的庞然大物背后，是极低温环境下极端精密的工程挑战。武玉指出，聚变堆超导磁体需在零下268.95摄氏度的极低温、大电流、强辐射和高应力等多重极端条件下，保持60年的稳定可靠运行，这几乎触及了材料科学与制造工艺的极限。

材料工艺的极致追求

“以铌三锡（Nb3Sn）超导体的热处理为例，线材需在特定高温区间反应生成超导相，温度偏差几度即可导致性能断崖式下跌。”武玉介绍，面对十几米量级的巨型线圈，保证热处理炉内温度绝对均匀是一项尖端工程。团队为此攻克了超大尺寸线圈高精度绕制、真空压力浸渍等工艺瓶颈，并成功研制出新型高性能超导线及高强度低温不锈钢等关键材料。

成本突破：从400元/米降至100元/米

CS线圈的攻关历程同样惊心动魄。秦经刚回忆，六年前接到任务时，目标明确：提升性能，降低成本。由于CS线圈需在瞬间产生极高磁场变化，对导体的导电性和机械强度提出了近乎矛盾的要求。团队创新采用应力分散支撑结构与高低温混合磁体设计，攻克了大电流高温超导导体、小半径弯绕成型、失超保护等十余项关键技术。

更令人瞩目的是，团队将一度高不可攀的高温超导带材成本从每米400元大幅压降至100元，为后续聚变装置的经济可行性扫清了关键障碍。

战略展望：聚变能源商业化时间表清晰

此次突破并非孤立事件，而是中国“人造太阳”数十年深耕的必然成果，标志着我国可控核聚变技术从基础研究向工程化、实用化迈出了决定性一步。

国际贡献与自主能力并重

在此之前，中国全超导托卡马克实验装置（EAST）已多次刷新世界纪录。去年1月，EAST成功实现1亿摄氏度等离子体稳态运行1066秒，创下全金属壁条件下高约束模运行时长的全球新纪录。

作为ITER计划重要成员国，中国承担了该项目超过9%的核心部件研制任务，所有交付产品100%通过国际评估，进度与质量稳居七方合作团队前列。此次核心磁体的国产化，意味着中国彻底掌握了聚变堆最核心的工程制造技术，自主研发体系愈发成熟。

“三步走”战略加速落地

可控核聚变被誉为“终极清洁能源”，其原料氘取自海水，一升海水的聚变能量相当于300升汽油，且无碳排放、无强放射性核废料。

据《环球时报》了解，我国已明确聚变能发展“三步走”战略，技术落地节奏显著加快：
1. 近期目标：紧凑型聚变能实验装置（BEST）核心部件研制顺利推进，计划于2027年底建成，力争在2030年前后实现核聚变发电。
2. 中期规划：稳步推进中国聚变工程示范堆（CFEDR）工程设计，瞄准建设全球首个聚变示范电站，推动聚变能源正式进入民用能源体系。

秦经刚表示，当前的磁体测试成功仅完成了80%的攻坚任务。后续仍需开展装置整机装配及极端工况长期服役测试，以验证设备60年的服役稳定性，彻底打通聚变工程化的最后关卡。“聚变能源的商业化之路依然漫长，但每一次核心技术突破，都在缩短人类与终极清洁能源的距离。”

(责任编辑：知识)