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我国紧凑型聚变工程迈出关键一步:BEST装置极向场线圈研制获突破性进展

2026-03-23

近日,中国科学院等离子体物理研究所在聚变能研发领域传回重磅捷报。该所承担的紧凑型聚变能实验装置(BEST) 的核心部件——极向场PF7线圈,已成功通过最大运行电流测试,所有性能参数均达到或超过设计指标。这不仅是BEST项目超导磁体系统研制的里程碑式进展,更标志着我国在自主掌握下一代聚变工程关键技术的道路上迈出了坚实的一步。

PF7线圈:驾驭“人造太阳”的缰绳

在托卡马克类型的核聚变装置中,极向场线圈如同驾驭等离子体这匹“烈马”的缰绳,其性能直接决定了装置能否稳定、高效地运行。PF7线圈更是其中的关键,承担着产生、约束等离子体、精确控制其位形(形状)以及抑制致命的垂直不稳定性等多重核心任务。其制造汇集了超导技术、低温绝缘、大型精密工程等一系列尖端科技,工艺极其复杂,涵盖了从绕制、接头制造、热处理、绝缘包绕、堆叠,到真空压力浸渍及终端箱制造等数十道精密工序。

创新工艺突破极限,攻克世界级制造难题

面对超导材料特有的脆性以及装置运行时的极端复杂工况(如极低温、强电磁应力),BEST PF项目团队展现出了卓越的工程创新能力,逐一破解了制约研制的工艺瓶颈。

  1. 精准热处理技术:构建三维温控网络
    热处理是保证超导线圈性能均匀性和稳定性的核心环节。团队创新性地采用了强对流加热方案,通过特制的蜂窝底盘与导流结构,实现了保护性氩气的定向均匀流动加热。同时,巧妙利用线圈缆线之间的空隙进行预热,由此构建了一套由内而外的双重加热体系。为确保万无一失,团队在线圈周身布置了约100个热电偶,构建了一个高精度的三维温度监控网络,并依托强对流换热、实时监控与动态调控三大技术支柱,圆满完成了这项极其精密的热处理任务,为线圈的核心电性能奠定了坚实基础。

  2. 多饼绕组一体浇注工艺:实现技术跨越
    绝缘处理是另一大挑战。PF7线圈截面超大(达1.33m × 0.73m)、绝缘结构复杂、浇注体量巨大。团队自主研发了“多饼绕组一体浇注”新工艺,成功实现了对多个饼式绕组的一次性整体真空压力浸渍(VPI)。该工艺在确保绝缘性能完全满足严苛设计要求的同时,极大地缩短了绝缘制造周期,提升了生产效率和一致性。值得一提的是,这是我国首次将多饼一体浇注技术成功应用于大型超导线圈的制造,不仅解决了BEST项目的燃眉之急,更为未来商业聚变堆所需超大尺寸超导磁体的批量化和标准化生产提供了不可或缺的关键技术储备与验证。

里程碑意义与未来展望

PF7线圈的成功测试,其意义远不止于单个部件的达标。它象征着我国科研工程团队在大型超导磁体系统的设计、材料、工艺和集成测试全链条上实现了又一次重大跨越,背后彰显的是精益求精的工匠精神与攻坚克难的责任担当

下一步,团队将以此为契机,持续聚焦BEST项目的核心科学与工程目标,稳步推进后续系列线圈的制造与测试工作,全力保障这座标志着中国聚变能研究新高度的紧凑型聚变能实验装置的高质量建设,为早日实现“人造太阳”的终极梦想贡献中国智慧与力量。


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