“人造太阳”上的这些“超级材料”中国造 “超高温”与“超低温”共存

【“人造太阳”上的这些“超级材料”中国造】“超高温”与“超低温”共存， “超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳” ，必须要有性能极其特殊的材料承载。新春前夕，采访人员走进中科院合肥物质科学研究院，听到一个又一个中国“超级材料”从无到有、后来居上的故事。
产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温，这么高的温度常规材料无法承受，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。但是，产生强磁场需要“超大电流” ，用电强度达到普通家用空调的数千倍乃至数万倍，这将产生巨大的热量，普通导体会被烧断。
“超导是一种在特殊条件下电阻为零的材料，利用这一特性可以避免导体发热，实现‘人造太阳’的长时间运行。 ”中国工程院院士李建刚说，当年中国启动研制“人造太阳”的时候，超导技术控制在少数发达国家手中，向国外购买超导材料，有的出尔反尔不卖，有的开价高，还只卖三流产品。
“当时国家的工业基础薄弱，科研经费也不宽裕，遇到材料‘卡脖子’ ，我们决定自己做。 ”李建刚院士说，边建设边研发，他们在建设全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的过程中，发展出60多项关键技术，所需的超导、低温等尖端材料90%都是靠自己的力量研究，在自己的工厂车间里一步步试制出来的。
从超导材料、超导接头、超导配线到大型磁体系统，经过约20年的持续努力，如今中国已拥有世界先进的超导技术。 “可以说，研制‘人造太阳’ ，也推动中国的超导材料产业前进了20年。 ”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛介绍，如今中国已成为世界上超导材料的最大出口国，从被“卡脖子”的对象成为主供应商。
“上亿度的一团火球，碰到什么烧什么。 ”中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所王腾博士说， “人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点，虽然有强磁场约束，仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸，打在器壁上造成损伤。
“刚开始EAST使用的是石墨材料，热负荷能力达到每平方米1兆瓦。 ”王腾说，如今，器壁材料已经发展到第三代，改为自主研发的钨铜合金材料，热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。
前不久，外径超过11米、总重超过400吨的极向场6号线圈（PF6），在法国国际热核聚变实验堆现场通过最终验收测试。中科院合肥物质科学研究院研制的PF6 ，是目前国际上最重、技术难度最高的超导磁体。
“自主研发PF6 ，我们用了6年时间，没有这个艰难的过程，就没有今天的进步。核心技术必须牢牢掌握在自己手里，要不来、买不来、讨不来。 ”宋云涛说。
从无到有、刻苦攻关、后来居上，自立自强的科学家精神，成为托起“人造太阳”的“核心超级材料” 。
“未来的核聚变电站，可能需要一年365天、一天24小时的不间断运行，这就要求更多更强的‘超级材料’ 。 ”李建刚院士说，这是研制“人造太阳”最大的技术难题，也是新阶段科研工作者聚力攻关的方向。