“科学岛”造出全球尺寸最大聚变堆超导磁体

青阳香浓

来源：安徽日报
6月27日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”项目取得最新进展，环向场超导磁体、高温超导中心螺管线圈等两套聚变堆关键超导磁体先后完成研制验收与满参数测试，核心技术实现100%国产化，综合性能跃升至国际前列。

聚变堆环向场超导磁体顺利完成全部工艺工序，通过专家组综合验收。该磁体长21米、宽12米、高3.3米，总重量达582吨，体积是国际热核聚变实验堆ITER TF磁体的1.3倍，储能是其3倍，成为目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。

环向场磁体是聚变堆最重要的部件之一，在聚变装置运行过程中，超导磁体产生强磁场束缚上亿度高温等离子体，其中环向场磁体负责构建环向磁场，借助洛伦兹力牢牢约束等离子体，减少高能粒子对真空室器壁的冲击损耗。超导磁体须在极低温、大电流、强辐射、高应力等极端条件下，稳定可靠运行60年。环向场磁体运行电流98千安，总储能120吉焦，16个环向场磁体在装置等离子体中心产生6.5特斯拉磁场，磁体最高磁场14.5特斯拉。该项目历时6年，经过设计、预研、研制、测试等一系列关键环节，整套磁体全链条实现100%国产化。项目申请授权专利47项，制定标准14项，各项性能指标领跑国际同类产品。

同期，高温超导中心螺管线圈完成满工况参数测试。实测数据显示，线圈稳定载流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0.87纳欧，关键指标和核心性能达到国际领先水平。线圈从超导材料、结构设计到成套制备工艺均实现完全国产化。

中心螺管线圈的核心作用是感应、驱动等离子体电流，并动态调节等离子体约束形态。该线圈额定运行电流46.5千安，6组线圈最高运行磁场19特斯拉，磁场变化率不低于1.5特斯拉/秒，接头电阻小于2纳欧，极端工况适配难度、研制技术门槛极高。针对严苛的技术难度及装置极端运行条件需求，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、测试验证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、大截面导体小半径弯绕成型、超低阻超导接头制备、高强低温绝缘适配、高温超导磁体失超保护等十余项关键技术难题，成功完成首个聚变堆磁体制备和满参数测试，满足未来运行需求。

项目团队负责人表示，两套核心超导磁体的接连突破，为我国建设聚变堆进一步筑牢超导工程基础，有力提升了聚变堆建设自主研发与工程建造能力。