国家重大科技基础设施聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT) 再传重磅捷报:由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主研制的环向场超导磁体完成全流程制备并通过专家组验收,同期高温超导中心螺管线圈圆满完成满工况极限参数测试。两套聚变堆 “人造太阳” 核心超导磁体全部实现材料、设计、工艺、制造全链条 100% 国产化,多项关键性能指标达到全球领先水平,标志我国核聚变堆超导磁体研发取得历史性重要突破,牢牢掌握可控核聚变工程建设核心主动权新华网。
此次通过验收的环向场超导磁体为 D 型巨型结构,总长 21 米、宽 12 米、高 3.3 米,单台总重达 582 吨,是当前全球尺寸最大的核聚变堆超导磁体。对比国际热核聚变实验堆(ITER)同款环向场磁体,其体积为后者 1.3 倍、储能达 3 倍,单台储能 120 吉焦,最高磁场强度 14.5 特斯拉;整套聚变堆将布设 16 台该型磁体,协同构建 6.5 特斯拉强磁场,形成无形 “磁笼”,依靠洛伦兹力稳定束缚上亿摄氏度高温等离子体,避免高能粒子冲击装置内壁,是聚变堆能够持续稳定开展聚变反应的核心根基设备安徽省科学技术厅。
同步完成满负荷测试的高温超导中心螺管线圈坐落于聚变堆中心核心位置,承担等离子体启动、电流驱动、约束形态动态调控关键功能。实测数据显示,线圈可稳定承载 60 千安超大电流,储能 6.03 兆焦,磁场最大变化率达 5.1 特斯拉 / 秒,接头电阻低至 0.87 纳欧,高低温循环、脉冲冲击等极端工况下运行稳定性全面超越国际同类产品。项目团队创新采用应力分散支撑与高低温混合磁体一体化设计,攻克大电流高温超导导体成型、微米级精密绕制、极低电阻超导接头、极端热应力协同调控等十余项长期制约行业发展的 “卡脖子” 技术难题。
该系列超导磁体攻关项目历时六年,研发团队联合国内超导材料、特种加工、低温工程、精密检测等上下游数十家单位,从零搭建完整国产聚变超导装备产业链,累计取得授权专利 47 项,牵头制定 14 项聚变超导领域行业标准,彻底打破海外在大型聚变超导磁体材料与成套制造工艺上的技术垄断。从超导线材、特种绝缘、高强度支撑结构到百万安培级低温测试系统,全部关键零部件均实现国内自主量产,构建起完全自主可控的聚变磁体技术体系。
等离子体物理研究所项目负责人介绍,超导磁体是可控核聚变装置造价最高、技术壁垒最高的核心分系统,磁场强度直接决定聚变堆发电效率、装置体积与运行寿命。本次两套核心磁体的技术落地,不仅为我国紧凑型聚变能实验装置(BEST)、中国聚变工程试验堆(CFETR)建设筑牢工程底座,大幅缩短我国聚变发电示范堆建设周期,更为全球下一代高场紧凑型聚变装置提供全新国产技术方案。
业内专家表示,核聚变能具备燃料储量近乎无限、零碳排放、基荷稳定发电等优势,是解决全球能源安全与碳中和目标的终极清洁能源路径。本次超导磁体重大突破具备三重战略价值:
一是能源自主安全,摆脱聚变核心装备对外依赖,依托海水氘资源实现可持续清洁能源供给,降低化石能源进口依赖;
二是全产业链升级,带动高温超导、重型精密装备、低温制冷、特种新材料等高端制造产业协同发展,孵化超导医疗、超导输电、高能加速器等多元应用场景;
三是全球聚变引领,我国成为全球少数具备完整自主研制百吨级巨型聚变超导磁体能力的国家,大幅提升我国在国际聚变能源领域的话语权与技术输出能力。
按照我国可控核聚变发展路线图,依托本次超导磁体技术成果,国内紧凑型聚变实验装置将加速推进工程调试,稳步向 2030 年核聚变发电演示、中长期商用聚变电站建设目标迈进,为人类实现永续清洁能源供应贡献中国方案、中国技术与中国装备。