6月27日,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”项目传来喜讯。环向场超导磁体与高温超导中心螺管线圈这两套聚变堆关键超导磁体,相继完成了研制验收与满参数测试,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完美结束全部工艺工序,通过了专家组的综合验收。该磁体长21米、宽12米、高3.3米,总重量抵达582吨,体积是国际热核聚变实验堆ITER TF磁体的1.3倍,储能更是它的3倍,是当下全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。
环向场磁体属于聚变堆中极为重要的部件,在聚变装置运转时,超导磁体要制造出强磁场来束缚上亿度高温等离子体,其中环向场磁体主要构建环向磁场,以洛伦兹力把等离子体牢牢控制住,以此来减少高能粒子对真空室器壁的冲击损耗。超导磁体需要在极低温、大电流、强辐射、高应力这种极端环境中,稳定可靠地运行60年。环向场磁体运行电流98千安,总储能120吉焦,16个环向场磁体在装置等离子体中心生成6.5特斯拉的磁场,磁体最高能达到14.5特斯拉。这个项目持续了6年,历经设计、预研、研制、测试等关键步骤,整套磁体全链条实现100%国产化。项目申请授权专利47项,制定标准14项,各项性能指标超越国际同类产品。
同期,高温超导中心螺管线圈顺利完成满工况参数测试。测试数据显示,线圈稳定载流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0.87纳欧,关键指标和核心性能达到国际顶尖水平。线圈从超导材料、结构设计到成套制备工艺均完成国产化。
中心螺管线圈的主要功能是感应、驱动等离子体电流,并且动态调整等离子体约束形态。该线圈额定运行电流46.5千安,6组线圈最高运行磁场19特斯拉,磁场变化率不低于1.5特斯拉/秒,接头电阻小于2纳欧,面对极端工况适配难度、研制技术门槛极高。针对严苛的技术挑战和装置极端运行环境需求,项目团队创新使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、测试验证开展全链条技术攻关。先后攻破聚变堆高稳定性磁体设计、大电流高温超导导体研制、大截面导体小半径弯绕成型、超低阻超导接头制备、高强低温绝缘适配、高温超导磁体失超保护等十余项关键技术难题,成功完成首个聚变堆磁体制备和满参数测试,符合未来运行要求。
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夯实了超导工程基础,显著增强了聚变堆建设的自主研发与工程建造实力。




