中国核聚变设施CRAFT超导磁体完成关键突破
2026-06-27 13:48
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中国“人造太阳”工程在核聚变堆超导磁体研发上取得新进展。6月27日,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”(CRAFT)最大的超导部件——环向场磁体完成最后制备工艺,并通过专家验收;高温超导中心螺管线圈磁体同步完成满工况参数测试,核心性能达到国际领先水准。两套核心磁体接连完成关键节点,为中国后续建设核聚变堆提供了更完整的超导工程基础。

环向场磁体是聚变堆主机系统中的核心部件之一,承担构建环向磁场、约束等离子体的重要任务。核聚变反应需要在上亿摄氏度高温等离子体中实现,普通材料无法直接接触这种极端状态,必须依靠强磁场把等离子体约束在真空室内,减少高能粒子对装置壁面的冲击和能量损耗。环向场磁体的性能,直接关系到聚变装置的磁场强度、稳定运行能力和工程可扩展性。

此次通过验收的环向场超导磁体长21米、宽12米、高3.3米,总重量达582吨,是当前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。该磁体体积达到国际热核聚变实验堆ITER环向场磁体的1.3倍,储能达到其3倍。大尺寸、高储能、强约束能力叠加在一起,对导体材料、绝缘系统、结构支撑、低温环境、绕制工艺和整体装配精度都提出极高要求。

该环向场磁体历时6年完成设计、研制、测试和验收等流程。整套磁体全链条关键环节实现国产自主可控,核心技术实现100%国产化,项目过程中申请授权专利47项,制定标准14项。对核聚变工程而言,这意味着中国在大型聚变堆超导磁体的材料、制造、工艺、测试和系统集成上形成了较完整的自主能力,不再只是单项技术验证,而是进入大部件工程化交付阶段。

高温超导中心螺管线圈磁体完成满工况参数测试,是另一项关键突破。中心螺管线圈的作用是感应并驱动等离子体电流,同时动态调节等离子体约束形态。它相当于聚变装置中的“启动与调控核心”,需要在强磁场、大电流和复杂电磁力环境下保持稳定工作。测试结果显示,该线圈稳定载流60千安,储能6.03兆焦,最大磁场变化率达到每秒5.1特斯拉,接头电阻为0.87纳欧,关键指标和核心性能达到国际领先水平。

中心螺管线圈磁体从超导材料、结构设计到成套制备工艺均实现完全国产化。项目团队采用应力分散强力支撑结构和高低温混合磁体设计方案,围绕聚变堆高稳定性磁体设计、大电流高温超导导体研制等环节开展攻关,解决了极端运行条件下的结构强度、导体稳定、低温运行和大电流连接等工程难题。满参数测试完成后,该磁体已具备支撑未来装置运行需求的关键技术基础。

超导磁体是核聚变堆工程化建设中的关键系统。聚变堆不仅要实现等离子体点火和维持,还要长时间稳定运行,并与真空室、低温系统、电源系统、偏滤器、包层和控制系统协同工作。磁体系统如果不能满足尺寸、载流、储能、稳定性和寿命要求,后续装置放大就会受到限制。CRAFT两套核心磁体取得突破,说明中国正在补齐从实验装置向聚变堆主机关键系统验证过渡的工程能力。

核聚变被视为未来清洁能源的重要方向,但它的难点不只在等离子体物理,也在大型复杂装备制造。超导磁体需要在极低温环境中承载巨大电磁力,还要与真空、热屏蔽、低温、供电和控制系统形成一体化运行。此次环向场磁体验收和高温超导中心螺管线圈满工况测试完成,核心意义在于把关键部件从设计图纸和局部样机推进到大尺度、全工况、可验收的工程实体。

中国核聚变堆超导磁体研发取得新突破后,后续重点将转向系统集成、装置联调、长期运行验证和工程化复制能力。两项成果为聚变堆建设提供了大型环向约束磁场和中心电流驱动磁体的技术支撑,也将提升中国在聚变能源装备、超导材料、大电流导体、低温工程和高端制造领域的自主研发与工程建造能力。

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