“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。”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。
“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。
評論