“超高溫”與“超低溫”共存，“超強(qiáng)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(guó)“超級(jí)材料”從無(wú)到有、后來(lái)居上的故事。

產(chǎn)生核聚變反應(yīng)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(guī)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(qiáng)磁場(chǎng)需要“超大電流”，用電強(qiáng)度達(dá)到普通家用空調(diào)的數(shù)千倍乃至數(shù)萬(wàn)倍，這將產(chǎn)生巨大的熱量，普通導(dǎo)體會(huì)被燒斷。

“超導(dǎo)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(dǎo)體發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)‘人造太陽(yáng)’的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。”中國(guó)工程院院士李建剛說(shuō)，當(dāng)年中國(guó)啟動(dòng)研制“人造太陽(yáng)”的時(shí)候，超導(dǎo)技術(shù)控制在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中，向國(guó)外購(gòu)買(mǎi)超導(dǎo)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(dāng)時(shí)國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，科研經(jīng)費(fèi)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(shè)邊研發(fā)，他們?cè)诮ㄔO(shè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)的過(guò)程中，發(fā)展出60多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，所需的超導(dǎo)、低溫等尖端材料90%都是靠自己的力量研究，在自己的工廠車(chē)間里一步步試制出來(lái)的。

從超導(dǎo)材料、超導(dǎo)接頭、超導(dǎo)配線到大型磁體系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)約20年的持續(xù)努力，如今中國(guó)已擁有世界先進(jìn)的超導(dǎo)技術(shù)。“可以說(shuō)，研制‘人造太陽(yáng)’，也推動(dòng)中國(guó)的超導(dǎo)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(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤介紹，如今中國(guó)已成為世界上超導(dǎo)材料的最大出口國(guó)，從被“卡脖子”的對(duì)象成為主供應(yīng)商。

“上億度的一團(tuán)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(qiáng)磁場(chǎng)約束，仍然會(huì)有一些“不聽(tīng)話”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(fù)荷能力達(dá)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(fù)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(hào)線圈(PF6)，在法國(guó)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)最終驗(yàn)收測(cè)試。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制的PF6，是目前國(guó)際上最重、技術(shù)難度最高的超導(dǎo)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(qiáng)的科學(xué)家精神，成為托起“人造太陽(yáng)”的“核心超級(jí)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(yùn)行，這就要求更多更強(qiáng)的‘超級(jí)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。(記者劉菁、徐海濤、陳諾)

關(guān)鍵詞： 人造太陽(yáng)