“超高溫”與“超低溫”共存，“超強磁場”與“超大電流”并行，要在地球上造出“人造太陽”，必須要有性能極其特殊的材料承載。新春前夕，記者走進中科院合肥物質科學研究院，聽到一個又一個中國“超級材料”從無到有、后來居上的故事。
產生核聚變反應需要幾千萬攝氏度乃至上億攝氏度的高溫，這么高的溫度常規材料無法承受，一個可行方案是用磁力將其約束在“磁籠子”里。但是，產生強磁場需要“超大電流”，用電強度達到普通家用空調的數千倍乃至數萬倍，這將產生巨大的熱量，普通導體會被燒斷。
“超導是一種在特殊條件下電阻為零的材料，利用這一特性可以避免導體發熱，實現‘人造太陽’的長時間運行。”中國工程院院士李建剛說，當年中國啟動研制“人造太陽”的時候，超導技術控制在少數發達國家手中，向國外購買超導材料，有的出爾反爾不賣，有的開價高，還只賣三流產品。
“當時國家的工業基礎薄弱，科研經費也不寬裕，遇到材料‘卡脖子’，我們決定自己做。”李建剛院士說，邊建設邊研發，他們在建設全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)的過程中，發展出60多項關鍵技術，所需的超導、低溫等尖端材料90%都是靠自己的力量研究，在自己的工廠車間里一步步試制出來的。
從超導材料、超導接頭、超導配線到大型磁體系統，經過約20年的持續努力，如今中國已擁有世界先進的超導技術。“可以說，研制‘人造太陽’，也推動中國的超導材料產業前進了20年。”中科院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤介紹，如今中國已成為世界上超導材料的最大出口國，從被“卡脖子”的對象成為主供應商。
“上億度的一團火球，碰到什么燒什么。”中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所王騰博士說，“人造太陽”的腔體器壁材料是另一個難點，雖然有強磁場約束，仍然會有一些“不聽話”的高溫等離子體逃逸，打在器壁上造成損傷。
“剛開始EAST使用的是石墨材料，熱負荷能力達到每平方米1兆瓦。”王騰說，如今，器壁材料已經發展到第三代，改為自主研發的鎢銅合金材料，熱負荷能力提升到每平方米20兆瓦。
前不久，外徑超過11米、總重超過400噸的極向場6號線圈(PF6)，在法國國際熱核聚變實驗堆現場通過最終驗收測試。中科院合肥物質科學研究院研制的PF6，是目前國際上最重、技術難度最高的超導磁體。
“自主研發PF6，我們用了6年時間，沒有這個艱難的過程，就沒有今天的進步。核心技術必須牢牢掌握在自己手里，要不來、買不來、討不來。”宋云濤說。
從無到有、刻苦攻關、后來居上，自立自強的科學家精神，成為托起“人造太陽”的“核心超級材料”。
“未來的核聚變電站，可能需要一年365天、一天24小時的不間斷運行，這就要求更多更強的‘超級材料’。”李建剛院士說，這是研制“人造太陽”最大的技術難題，也是新階段科研工作者聚力攻關的方向。(記者劉菁、徐海濤、陳諾)
關鍵詞： 人造太陽
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