我国在聚变堆超导磁体研发领域取得新突破

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新华社合肥6月27日电(记者戴威)中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”项目近日传来佳音,环向场超导磁体和高温超导中心螺管线圈这两套聚变堆关键超导磁体,均通过了研制验收和满参数测试,核心技术实现100%国产化,综合性能已跻身国际前列。

聚变堆环向场超导磁体圆满完成工艺工序,专家组对其进行综合验收。这个磁体长21米、宽12米、高3.3米,总重量582吨,体积比国际热核聚变堆ITER TF磁体大1.3倍,储能更是达到其3倍,堪称全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。

环向场磁体是聚变堆的核心部件之一,在聚变装置运行时,超导磁体产生强磁场来束缚上亿度高温等离子体,环向场磁体主要负责构建环向磁场,借助洛伦兹力将等离子体牢牢约束住,以此减少高能粒子对真空室器壁的冲击损耗。该项目的研发历时6年, 经历了设计、制造、测试等多个环节,整套磁体实现100%国产化。项目申请的专利数量达47项,制定的相关标准有14项,各项性能指标都在国际上遥遥领先。

与此同时,高温超导中心螺管线圈也完成了满工况参数测试。实测数据显示,该线圈能稳定载流60千安,储能6.03兆焦,最大磁场变化率每秒5.1特斯拉,接头电阻仅0.87纳欧,关键指标和核心性能均达到国际领先水平。线圈的超导材料、结构设计以及成套制备工艺,全部实现完全国产化。

中心螺管线圈的主要功能是感应并驱动等离子体电流,同时动态调节等离子体的约束形态。面对严峻的技术难度和装置极端运行条件,项目团队创新性地采用了应力分散强力支撑结构与高低温混合磁体设计方案, 围绕核心材料、结构设计、制备工艺等环节展开全链条的技术攻关,先后攻克了聚变堆高稳定性磁体设计、大电流高温超导导体研制等多达十余项关键技术难题,成功完成了首个聚变堆磁体的制备和满参数测试,能够充分满足装置未来运行的需求。

项目团队负责人表示,两套核心超导磁体接连取得突破,为我国建设聚变堆进一步打牢了超导工程基础, 大幅提升了聚变堆建设的自主研发与工程建造能力。

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