“人造太陽”逐日夢“聚變合肥”加速度

11月28日，記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，國家“十三五”重大科技基礎設施——“聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施”（CRAFT）建設主體工程“進度條”正全力推進，關鍵子系統和大型測試平臺研制取得階段性重要進展。CRAFT建設從子系統的實驗室研發測試階段進入到了部分關鍵部件的研制和現場集成及調試階段。

聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施航拍圖 王夙素 攝

聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施是合肥獲批綜合性國家科學中心后，首個落戶大科學裝置集中區的國家重大科技基礎設施項目，設施目標是建成國際核聚變領域參數最高、功能最完備的綜合性研究及測試平臺。

CRAFT設施主體工程開工以來，中科院合肥物質科學研究院等離子體所核聚變大科學團隊在材料綜合性能研究、超導導體性能研究、超導磁體、聚變堆真空室、偏濾器部件、等離子體與材料相互作用、輔助加熱系統、遙操作系統、配套支撐系統等方面開展核心技術攻關和關鍵設備研發。

在聚變堆園區11號科研廠房，一個高20米、外形似“橘子瓣”狀的實驗平臺已基本落成，這就是CRAFT設施1/8真空室及總體安裝實驗平臺。真空室殼體選用50毫米厚的超低碳不銹鋼材料，總重達5600噸。“1/8真空室樣件平臺在研制過程中形成了40多項ZL技術，發展和掌握了聚變堆真空室建造過程中諸如精密成型、柔性自動化焊接等關鍵技術，并為遙控操作系統提供一個全尺寸的安裝模擬平臺。”項目負責人劉志宏研究員介紹。目前，他帶領團隊正在進行最后的部件總裝，預計1/8真空室及總體安裝實驗平臺明年初啟用。

聚變堆園區8號科研廠房的恒溫潔凈車間內，環向場線圈繞制生產線剛剛竣工完成。此環向場線圈采用全球首創的高、中、低場三個子線圈堆疊和套裝組成，繞制后的線圈輪廓度和平面度不超過1.5毫米，這給繞制工作帶來很大難度。“我們采用無張力繞制技術對截64毫米乘以64毫米的超導導體進行連續精密繞制，完成了一系列關鍵技術研究，掌握了核心技術。”項目負責人文偉研究員說。目前，線圈繞制生產線的安裝和聯調測試已經完成，用于首個認證件繞制的900余米長的全尺寸導體也已就位，即將開展線圈繞制工藝驗證，為后續工作奠定成熟技術和工藝基礎。

CRAFT負離子源中性束注入系統因射頻饋入穩定性要求高、束引出面積大、連續運行時間長、負離子產生難且易損失的典型特征而挑戰巨大。單驅動負離子束源是CRAFT負離子束源系統研究的基礎，主要用于研究負離子產生、引出和加速技術，對負離子束源的研制有重要的意義。項目團隊通過參數優化，最高獲得204 安培每平方米的負離子引出，并實現穩定可重復的105秒長脈沖負離子束。“這標志著我國成為國際上少數掌握強流射頻負離子源核心技術的國家。”項目負責人謝亞紅研究員說。同時，這些研究工作和關鍵技術的突破，也為聚變堆高功率負離子源中性束注入系統的研制提供了重要保障。

聚變堆園區13號北大廳是偏濾器等離子體與材料相互作用研究平臺的所在地，這里將建成國際上參數水平最高的直線等離子體裝置及其輔助系統，可產生聚變堆偏濾器所要承受的穩態大束流等離子體，推動面對等離子體部件的研發。項目負責人周海山研究員帶領團隊已經完成平臺物理和工程設計工作，“我們在測試臺上取得了連續24小時運行的偏濾器靶板束流密度等離子體的新記錄，驗證了關鍵部件的穩定性，為后續材料測試平臺的調試和運行積累寶貴經驗，為CRAFT偏濾器研究系統建設奠定基礎。”