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  • 2021-02-10 20:02
  • 来源: 新华社
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  “超高温”与“超低温”共存,“超强磁场”与“超大电流”并行,要在地球上造出“人造太阳”,必须要有性能极其特殊的材料承载。新春前夕,记者走进中科院合肥物质科学研究院,听到一个又一个中国“超级材料”从无到有、后来居上的故事。

  产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温,这么高的温度常规材料无法承受,一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。但是,产生强磁场需要“超大电流”,用电强度达到普通家用空调的数千倍乃至数万倍,这将产生巨大的热量,普通导体会被烧断。

  “超导是一种在特殊条件下电阻为零的材料,利用这一特性可以避免导体发热,实现‘人造太阳’的长时间运行。”中国工程院院士李建刚说,当年中国启动研制“人造太阳”的时候,超导技术控制在少数发达国家手中,向国外购买超导材料,有的出尔反尔不卖,有的开价高,还只卖三流产品。

  “当时国家的工业基础薄弱,科研经费也不宽裕,遇到材料‘卡脖子’,我们决定自己做。”李建刚院士说,边建设边研发,他们在建设全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)的过程中,发展出60多项关键技术,所需的超导、低温等尖端材料90%都是靠自己的力量研究,在自己的工厂车间里一步步试制出来的。

  从超导材料、超导接头、超导配线到大型磁体系统,经过约20年的持续努力,如今中国已拥有世界先进的超导技术。“可以说,研制‘人造太阳’,也推动中国的超导材料产业前进了20年。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛介绍,如今中国已成为世界上超导材料的最大出口国,从被“卡脖子”的对象成为主供应商。

  “上亿度的一团火球,碰到什么烧什么。”中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所王腾博士说,“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点,虽然有强磁场约束,仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸,打在器壁上造成损伤。

  “刚开始EAST使用的是石墨材料,热负荷能力达到每平方米1兆瓦。”王腾说,如今,器壁材料已经发展到第三代,改为自主研发的钨铜合金材料,热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。

  前不久,外径超过11米、总重超过400吨的极向场6号线圈(PF6),在法国国际热核聚变实验堆现场通过最终验收测试。中科院合肥物质科学研究院研制的PF6,是目前国际上最重、技术难度最高的超导磁体。

  “自主研发PF6,我们用了6年时间,没有这个艰难的过程,就没有今天的进步。核心技术必须牢牢掌握在自己手里,要不来、买不来、讨不来。”宋云涛说。

  从无到有、刻苦攻关、后来居上,自立自强的科学家精神,成为托起“人造太阳”的“核心超级材料”。

  “未来的核聚变电站,可能需要一年365天、一天24小时的不间断运行,这就要求更多更强的‘超级材料’。”李建刚院士说,这是研制“人造太阳”最大的技术难题,也是新阶段科研工作者聚力攻关的方向。

编辑: 孟一凡
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