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最近核聚变领域有两项成果刷屏,很多人看了云里雾里。其实并不难理解。
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一个是环向场磁体走完所有制备流程并通过专家验收,另一个是高温超导中心螺管线圈磁体完成满工况参数测试,关键性能走在国际前列。更重要的是,两个都实现了100%国产化。
核聚变需使燃料处于上亿摄氏度的等离子体状态,在此极端条件下,燃料方可发生聚变反应,释放出巨大能量。地球上难觅能承载如此高温的实体容器。
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无论何种材料,一旦触碰这炽热温度,便会顷刻间直接气化,足见此温度之高,令人惊叹。当下。
唯一行之有效的约束手段,乃是借助强磁场使等离子体处于悬空状态,将其禁锢于真空室内,确保它不与任何壁面接触。
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环向场磁体的作用,就是产生这个环形强磁场,把等离子体牢牢约束在环形空间里,不让它到处乱跑。
这个磁体是国家重大科技基础设施"夸父"(CRAFT)的核心部件,也是目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体——体积达到同类型的国际热核聚变实验堆ITER磁体的1.3倍,储能达到三倍。
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更关键的是,整个CRAFT项目从超导线材、特种不锈钢结构件到绝缘材料,整条产业链全部实现国产自主化,各项指标在国际上属于绝对第一梯队。
同一天传出进展的,还有高温超导中心螺管线圈磁体。
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在托卡马克装置中,它发挥着核心作用。借助电磁感应,它能驱动并维持等离子体电流,还可实时对等离子体的约束形态进行精准调控。
工作环境极为严苛,需长期承受大电流、高应力以及高频脉冲交变磁场的考验。如此恶劣条件下,该项目的研制门槛之高,可想而知。
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值得注意的是,这套线圈采用的是高温超导路线,而不是之前需要在液氦极低温环境下才能工作的低温超导材料。
高温超导材料运行温度更高,电流密度更大,能做出更紧凑、能效更高的磁体系统,也是未来聚变堆走向实用化、小型化绕不开的技术路线。
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实测数据显示,该套线圈稳定载流可达60千安,储能6.03兆焦,最大磁场变化率为每秒5.1特斯拉,接头电阻仅0.87纳欧。
其各项关键指标皆达国际领先水平,性能卓越。同样,从超导材料、结构设计到成套制备工艺,全部实现完全自主可控生产。
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要理解这两项成果的意义,得看清中国核聚变的整体布局。
东方超环(EAST)负责验证等离子体约束的物理原理;CRAFT(夸父)负责把原理落地,专门解决聚变堆核心部件的工程化难题;
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BEST是衔接EAST和CFETR的紧凑型技术验证装置,定位为聚变能发电演示平台;最终所有成熟技术都将输送给中国聚变工程实验堆(CFETR),完成工程化验证与发电示范。
从研发实验到工程落地,每一条路都已经铺好了。
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这两项突破,说明中国正在把核聚变从"科学实验"推向"工程验证"。离"无限能源"进入千家万户还有几道大关要跨,但通往那一天的关键台阶,又被踏实地踩上了一级。
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