中国“人造太阳”关键部件国产化突破,西方封锁失效

中国“人造太阳”关键部件国产化突破,西方封锁失效

中科院合肥物质科学研究院公布消息:我国自主研制的聚变堆环向场超导磁体,已完成全流程的研制与验收工作,核心零部件全部实现国产化。这个磁体的体量惊人,全长21米、宽12米、高3.3米,总重582吨。582吨是个什么概念?差不多相当于300辆小轿车摞在一起,被塑造成一个"甜甜圈"形态的铁块。这可是现今全球体积最大的聚变堆超导磁体,当之无愧的纪录保持者。

●♦先解释清楚:什么是"人造太阳"?

不少人听到"人造太阳"一词,仍不清楚其具体用途。简单来说:太阳能够持续发光发热,源于其内部氢原子在极端高温高压条件下进行聚变反应,从而释放出庞大能量。人类追求的可控核聚变,正是要模拟这一过程。使用何种燃料?氘和氚。氘在海水中就能提取,单升海水中所含氘聚变释放的能量,竞相当于300升汽油燃烧产生的能量。地球上的海水储量足以使用几十亿年。这样的反应过程是否会产生污染?完全没有。核聚变不会像核裂变那样留下长寿命放射性废料,也不会出现堆芯熔毁的事故……其反应条件极为苛刻,若出现哪怕一丝丝失控情况,反应会立即中止。核聚变被誉为"终极能源",因其燃料取之不尽、过程清洁安全、能量密度异常高。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。

●♦为何如此艰难?

道理虽简单,实践却充满艰辛。太阳内部温度高达1500万度,依靠强大引力约束等离子体。地球上不具备这种引力条件,必须采用其他技术手段。当今主流方案是"托卡马克"装置……在环形真空室外部缠绕超导磁体,通过产生的强磁场来约束上亿摄氏度的等离子体。上亿摄氏度意味着什么?钢铁早已气化数百次。任何固体材料一接触等离子体,就会被瞬间烧穿。唯有用磁场"悬浮"等离子体,使其不与任何器壁接触。这如同施展魔法般操控,又似用无形的绳索,驯服一头狂暴的猛兽。绳索必须足够坚韧、稳定且永不断裂。这个超导磁体,正是承担着如此重任的"缰绳"。

●♦此次突破关键点?

这次通过验收的环向场磁体,是托卡马克装置的核心部件之一。其作用是产生环向磁场,约束等离子体沿环形轨道运动,避免高能粒子轰击真空室器壁。建造难度极大,以下三个方面值得说明。

■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、高电流、巨大机械应力。过去这类特种超导材料长期为欧美日企业垄断,国内要么采购不到高端产品,要么价格畸高。此次磁体所用特种不锈钢、绝缘材料、超导材料,全部实现国产,实现100%自主可控。

■尺寸难题。该磁体长21米、宽12米、高3.3米,是国际热核聚变实验堆(ITER)同类磁体体积的1.3倍,储能更是达到对方的3倍。尺寸越大,加工精度要求越高。任何微小缺陷,在强磁场和极低温条件下都会被放大,可能导致磁体失效。

■磁场强度难题。16个同款磁体组成环后,运行电流达100千安,中心产生6.5特斯拉的磁场。6.5特斯拉是个什么强度?医院核磁共振设备的磁场强度通常在1.5至3特斯拉,这相当于两三个核磁共振设备叠加的强度,需均匀分布在几十米大的环形空间中。从设计、预研、研制到测试,科研团队历时整整6年。

成果如何?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,就这样在中国诞生。

●♦不只是这一个。

另一个核心部件也传来喜讯。高温超导中心螺管线圈磁体已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约束形态。如果说环向场磁体是"囚笼",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,核心性能达到国际顶尖水准。同样,从超导材料、结构设计到成套制备工艺,全部实现国产化。两套核心超导磁体同日通过验收,证实我国在聚变堆关键系统上,已建立从材料到部件的全链条自主能力。

全球核聚变研究已持续数十年,目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,由中国、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,完工时间一推再推,预计最早2035年才能开展氘氚聚变实验。

中国这边,在参与ITER的同时,也在推进自己的聚变工程化路线。这次通过验收的磁体,属于"聚变堆主机关键系统综合研究设施"(CRAFT),是为未来中国聚变工程实验堆(CFETR)做技术储备和工程验证的。

其实,我们做的不仅是实验,更是在为真正的聚变发电站奠基。

2026年被视为"核聚变工程化元年"。国内在建、规划的聚变装置总投资额已突破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放出。从实验室走向工程化,从科研迈向产业,这一步已然迈出。

●♦距离有多远?

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年前后才可能建成示范电站,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的突破毫无价值。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,从跟跑至部分指标领跑,从实验室微型装置到582吨巨型磁体……这条路历经数十年,每一步都意义非凡。终极能源的争夺战,才刚刚拉开序幕。