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“人造太陽”上的這些“超級(jí)材料”中國造

中華工商時(shí)報(bào)發(fā)布時(shí)間:2021-03-03 09:39:34  作者:劉菁、徐海濤、陳諾

  “超導(dǎo)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(dǎo)體發(fā)熱,實(shí)現(xiàn)‘人造太陽’的長時(shí)間運(yùn)行。”中國工程院院士李建剛說,當(dāng)年中國啟動(dòng)研制“人造太陽”的時(shí)候,超導(dǎo)技術(shù)控制在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中,向國外購買超導(dǎo)材料,有的出爾反爾不賣,有的開價(jià)高,還只賣三流產(chǎn)品。

  “當(dāng)時(shí)國家的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,科研經(jīng)費(fèi)也不寬裕,遇到材料‘卡脖子’,我們決定自己做。”李建剛說,邊建設(shè)邊研發(fā),他們?cè)诮ㄔO(shè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)的過程中,發(fā)展出60多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),所需的超導(dǎo)、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(dǎo)材料、超導(dǎo)接頭、超導(dǎo)配線到大型磁體系統(tǒng),經(jīng)過約20年的持續(xù)努力,如今中國已擁有世界先進(jìn)的超導(dǎo)技術(shù)。“可以說,研制‘人造太陽’,也推動(dòng)中國的超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)前進(jìn)了20年。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)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(dǎo)材料的最大出口國,從被“卡脖子”的對(duì)象成為主供應(yīng)商。

  “上億度的一團(tuán)火球,碰到什么燒什么。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)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(gè)難點(diǎn),雖然有強(qiáng)磁場(chǎng)約束,仍然會(huì)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(fù)荷能力達(dá)到每平方米1兆瓦。”如今,器壁材料已經(jīng)發(fā)展到第三代,改為自主研發(fā)的鎢銅合金材料,熱負(fù)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(chǎng)6號(hào)線圈(PF6),在法國國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆現(xiàn)場(chǎng)通過最終驗(yàn)收測(cè)試。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制的PF6是目前國際上最重、技術(shù)難度最高的超導(dǎo)磁體。

  “未來的核聚變電站,可能需要一年365天、一天24小時(shí)的不間斷運(yùn)行,這就要求更多更強(qiáng)的‘超級(jí)材料’。”李建剛說,這是研制“人造太陽”最大的技術(shù)難題,也是新階段科研工作者聚力攻關(guān)的方向。

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