就在今天,合肥科学岛传来震动全球能源界的消息: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,同时完成两项核心超导部件的关键节点。
全球体积最大的环向场磁体制备完成并通过验收,高温超导中心螺管线圈完成满工况参数测试,核心性能均达到国际领先水平。
这不是实验室里的微小进步,而是直接决定未来聚变堆能否建成的工程级突破,人类追逐了半个多世纪的 "人造太阳",正以超出预期的速度向我们走来。
走进合肥的聚变堆主机研究设施厂房,一座银灰色的巨型环形装置静静矗立在蓝色地坪上,长 21 米、宽 12 米、高 3.3 米,总重量达到 582 吨,相当于近 400 辆家用轿车的重量。这就是刚刚通过专家验收的环向场磁体,也是目前国际上体积最大的聚变堆超导磁体。
很多人可能无法直观理解这个庞然大物的意义。核聚变反应需要将氢同位素加热到上亿摄氏度,变成等离子体状态才能发生聚变。如此高温的物质无法用任何实体容器盛装,只能依靠强磁场构成的 "磁笼" 将其悬浮约束在真空室中央,而环向场磁体就是构筑这道无形牢笼的核心主力。
它产生的环向磁场像一道环形屏障,牢牢束缚住高速运动的高能粒子,最大限度减少等离子体对真空室器壁的冲击损耗,是聚变装置能够稳定运行的基础前提。
这套磁体的体积是国际热核聚变实验堆 ITER 同类磁体的 1.3 倍,储能达到其 3 倍,各项性能指标全面领跑国际同类产品。
更关键的是,从超导材料制备、线圈绕制到整体结构装配,整套磁体全链条关键环节均实现国产自主可控,没有依赖任何国外技术封锁下的核心部件。这意味着中国已经完全掌握了大型聚变堆超导磁体的设计与制造能力,不再需要看任何人的脸色。
与环向场磁体同日传来好消息的,还有高温超导中心螺管线圈磁体。在另一个测试车间里,这台直径数米的圆柱形线圈顺利通过满工况参数测试,实测数据交出了一份亮眼的答卷: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,接头电阻低至 0.87 纳欧。
中心螺管线圈是紧凑型聚变能实验装置的核心心脏,它的核心作用是感应、驱动等离子体电流,并动态调节等离子体的约束形态,相当于聚变装置的 "启动器 + 调节器"。
相比传统低温超导技术,高温超导材料可以在相对更高的温度下保持超导状态,制冷成本更低、电流密度更高,是未来聚变堆小型化、商业化的关键技术路线。
为了攻克这一难题,项目团队创新采用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、制备工艺等开展全链条技术攻关,先后攻克聚变堆高稳定性磁体设计、大电流高温超导导体研制等十余项关键技术难题。
最终实现从超导材料、结构设计到成套制备工艺的完全国产化,关键指标达到国际领先水平。 这一突破不仅为国内紧凑型聚变实验装置提供了核心部件,也为全球高温超导聚变路线提供了中国方案。
短短一周之内,中国核聚变领域喜讯不断。就在几天前,全球最大 "人造太阳"ITER 计划的核心部件偏滤器,也正式完成全部设计、认证与制造工作,由部件研制阶段转入集成测试新阶段。
由核工业西南物理研究院牵头的中方联合体,承担起全球首个堆级偏滤器的集成总包任务,这标志着我国在 ITER 核心装备制造领域,实现了从 "部件供货" 向 "系统集成" 的关键跨越。
回顾中国参与国际核聚变合作的历程,走的是一条稳扎稳打的升级之路。最初我们只是参与个别零部件的加工制造,逐步掌握核心部件的研制能力,再到如今能够承担整个偏滤器系统的集成总装任务。
来自中、欧、日、俄四方研制的全部偏滤器部件,最终都将汇集到中国完成组装,再运往法国 ITER 现场安装。这种角色转变的背后,是中国核聚变工业体系能力的全面提升。
与此同时,中国环流三号装置正稳步推进能力升级,计划 2027 年在国内率先开展聚变燃烧实验,完成从科学探索迈向工程验证的关键跨越。按照规划路线图,我国有望在 2035 年建成聚变先导实验堆,2045 年左右建成示范堆。
目前我国磁约束聚变能源研究已位于国际第一方阵,与国际同步处于向实验堆工程验证过渡的关键阶段。
每次核聚变取得突破,网上总会出现 "永远还有五十年" 的调侃。这种说法既对也不对,站在今天的节点回望过去十年,核聚变领域的进展速度其实已经远超行业预期,尤其是高温超导技术的快速成熟,大大缩短了商业化落地的时间预期。
核聚变之所以被称为 "终极能源",核心在于它的燃料几乎取之不尽。聚变反应的主要燃料氘可以从海水中提取,一升海水所含的氘,完全聚变释放的能量相当于 300 升汽油。
而另一种燃料氚可以通过锂元素增殖获得,地球锂资源储量足够人类使用上万年。同时聚变反应不会产生温室气体,也没有长寿命放射性废料,安全性远高于现行的核裂变电站。
当然我们也要清醒认识到,今天的突破仍然属于工程部件层面的进展,距离真正建成可发电的商用聚变堆,还有不少难关要闯。燃烧等离子体的稳态控制、耐高能中子轰击的壁材料、燃料自持循环系统、能量转换效率等一系列问题,都需要逐一攻克。
但不可否认的是,每一项核心部件的突破,都在实实在在地缩短我们与聚变能源的距离。 曾经遥不可及的 "无限能源",正在从科学幻想逐步变成清晰可见的工程路线图。
我国核聚变堆超导磁体研发取得重要突破2026-06-27 10:33·环球网
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