期刊-2025-12

世界最大超导磁体动态测试系统建成

2025年12月26日

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核聚变能以其资源丰富、安全高效、清洁低碳等优势,被认为是人类最为理想的清洁能源,“人造太阳”就是模拟来自太阳内部的核聚变反应原理,在地球上建造能够实现可控的聚变反应装置,开发利用人类理想的终极能源。

2025年1月,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所建设运行的国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统”子系统“聚变工程堆中心螺管系统”完成首轮测试实验,最大测试电流达到稳态48千安培,超过47千安培设计值。实验结果表明,该系统达到总储能406.7兆焦、可用测试磁体内径1500毫米、最高场强12特斯拉、接头电阻0.1纳欧,全面达到设计指标,成为世界上尺寸最大、实验条件最完善的大型超导磁体动态性能测试系统。

“聚变工程堆中心螺管系统”旨在建成大型超导磁体及实验系统,针对未来聚变工程堆运行工况,超导中心螺管磁体强电磁场、高压快速变化、系统可靠性等系列实验,获得充分的运行工况数据,为我国聚变工程堆建设奠定坚实基础。

超导磁体是磁约束核聚变装置的核心部件之一,可以产生巨大磁场,并实现无损耗的大电流传输。其中的中心螺管线圈是超导磁体的核心。该项目组历时近10年,解决了大型聚变堆超导磁体设计、低阻超导接头、超低温磁体绝缘、失超保护、大型低温、高电流电源及快速磁场变化下的安全控制等多项关键技术,成功研制并建成世界最大的超导磁体及测试系统,实现超导磁体材料、设备、系统100%国产化。

该系统由一个直径6.5米、高9.2米的大型真空容器以及极低温、大电流电源等系统组成,能够开展超导磁体的强电磁场、高压快速变化、系统可靠性等实验,获得充分的运行工况实验数据。接下来,项目组将进一步优化系统控制,深入开展高磁场变化率(1-5T/s)、更大电流(>50kA)、更高磁场(>30T)、极端事故工况等科学研究。

该系统的建成,不仅能为未来聚变堆提供良好的实验条件,同时也为低温、材料、凝聚态物理、超导应用等其他领域提供了一流的大型测试平台。通过该系统的测试实验,科研人员能够更加深入地了解超导磁体在聚变堆运行工况下的性能和行为,为聚变工程堆的设计优化提供至关重要的依据。