“超高溫”與“超低溫”共存，“超強磁場(chǎng)”與“超大電流”并行，要在地球上造出“人造太陽(yáng)”，必須要有性能極其特殊的材料承載。新春前夕，記者走進(jìn)中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，聽(tīng)到一個(gè)又一個(gè)中國“超級材料”從無(wú)到有、后來(lái)居上的故
事。
產(chǎn)生核聚變反應需要幾千萬(wàn)攝氏度乃至上億攝氏度的高溫，這么高的溫度常規材料無(wú)法承受，一個(gè)可行方案是用磁力將其約束在“磁籠子”里。但是，產(chǎn)生強磁場(chǎng)需要“超大電流”，用電強度達到普通家用空調的數千倍乃至數萬(wàn)倍，這將產(chǎn)生巨大的熱量，普通導體會(huì )被燒斷。
“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(fā)熱，實(shí)現‘人造太陽(yáng)’的長(cháng)時(shí)間運行。”中國工程院院士李建剛說(shuō)，當年中國啟動(dòng)研制“人造太陽(yáng)”的時(shí)候，超導技術(shù)控制在少數發(fā)達國家手中，向國外購買(mǎi)超導材料，有的出爾反爾不賣(mài)，有的開(kāi)價(jià)高，還只賣(mài)三流產(chǎn)品。
“當時(shí)國家的工業(yè)基礎薄弱，科研經(jīng)費也不寬裕，遇到材料‘卡脖子’，我們決定自己做。”李建剛院士說(shuō)，邊建設邊研發(fā)，他們在建設全超導托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置（EAST）的過(guò)程中，發(fā)展出60多項關(guān)鍵技術(shù)，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(chǎng)車(chē)間里一步步試制出來(lái)的。
從超導材料、超導接頭、超導配線(xiàn)到大型磁體系統，經(jīng)過(guò)約20年的持續努力，如今中國已擁有世界先進(jìn)的超導技術(shù)。“可以說(shuō)，研制‘人造太陽(yáng)’，也推動(dòng)中國的超導材料產(chǎn)業(yè)前進(jìn)了20年。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(cháng)、等離子體物理研究所所長(cháng)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(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所王騰博士說(shuō)，“人造太陽(yáng)”的腔體器壁材料是另一個(gè)難點(diǎn)，雖然有強磁場(chǎng)約束，仍然會(huì )有一些“不聽(tīng)話(huà)”的高溫等離子體逃逸，打在器壁上造成損傷。
“剛開(kāi)始EAST使用的是石墨材料，熱負荷能力達到每平方米1兆瓦。”王騰說(shuō)，如今，器壁材料已經(jīng)發(fā)展到第三代，改為自主研發(fā)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(guò)11米、總重超過(guò)400噸的極向場(chǎng)6號線(xiàn)圈（PF6），在法國國際熱核聚變實(shí)驗堆現場(chǎng)通過(guò)最終驗收測試。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制的PF6，是目前國際上最重、技術(shù)難度最高的超導磁體。
“自主研發(fā)PF6，我們用了6年時(shí)間，沒(méi)有這個(gè)艱難的過(guò)程，就沒(méi)有今天的進(jìn)步。核心技術(shù)必須牢牢掌握在自己手里，要不來(lái)、買(mǎi)不來(lái)、討不來(lái)。”宋云濤說(shuō)。
從無(wú)到有、刻苦攻關(guān)、后來(lái)居上，自立自強的科學(xué)家精神，成為托起“人造太陽(yáng)”的“核心超級材料”。
“未來(lái)的核聚變電站，可能需要一年365天、一天24小時(shí)的不間斷運行，這就要求更多更強的‘超級材料’。”李建剛院士說(shuō)，這是研制“人造太陽(yáng)”最大的技術(shù)難題，也是新階段科研工作者聚力攻關(guān)的方向。
