近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所（以下簡稱“等離子體所”）聯(lián)合合肥曦合超導科技有限公司（以下簡稱“曦合超導”）在先進仿星器高溫超導三維線圈研制方面取得重要突破。該研究完成了先進仿星器的物理設計與高溫超導三維線圈關鍵技術研發(fā)與制造工藝全流程驗證，打通了先進仿星器裝置從物理設計到核心部件工程化制造的核心技術路徑。該研究得到安徽省重點研究與開發(fā)計劃項目與等離子體所配套項目的資助。

仿星器通過三維非軸對稱磁場實現(xiàn)無等離子體電流穩(wěn)態(tài)運行，天然規(guī)避了等離子體電流帶來的破裂風險，但其對磁體系統(tǒng)的三維幾何與制造精度提出了極為苛刻的要求。在本次聯(lián)合攻關中，等離子體所團隊全面規(guī)劃整體技術路線，在物理設計層面主導完成了大半徑2米、等離子體中心磁場達5T的高溫超導先進仿星器物理設計方案和三維線圈設計方案。其中關鍵物理參數(shù)達到芯部α離子損失小于0.4%，線性氣球模不穩(wěn)定的比壓極限大于4.2%，新經典輸運的有效波紋度小于10?3，標志著各項核心指標均達到國際先進水平。聯(lián)合團隊共同完成了磁體線圈最高磁場達16T的高溫超導三維線圈的詳細工程設計，全面論證了關鍵參數(shù)、線圈結構方案、導體選型及工藝路線等核心環(huán)節(jié)，為后續(xù)超導線圈的工程研制奠定了堅實的理論基礎。

傳統(tǒng)大型超導線圈繞制多為平面或規(guī)則三維線圈，繞制生產線僅支持二維平面繞制。針對仿星器非規(guī)則三維線圈的研制需求，曦合超導團隊綜合考量超導電纜在3D連續(xù)彎繞中的空間扭曲控制，成功攻克了復雜輪廓線圈繞制過程中鎧裝導體連續(xù)、無張力、在線解析及精密成形等技術難題。通過聯(lián)合攻關，等離子體所完成高溫CORC超導纜（銅管）的絞纜，曦合超導完成CORC超導纜（銅管）的測試及專屬繞制產線的搭建，成功完成一個6餅共計60匝的CICC型仿星器高溫超導三維Dummy線圈的繞制成形、VPI及低溫測試工作。該線圈為1:1原尺寸線圈，周長約為13米，平均半徑約1.6米，為了降低研發(fā)成本，采用高溫超導CORC電纜與啞纜混合填充的方式對高溫超導三維繞制成型工藝進行探索和檢驗。測試數(shù)據(jù)顯示，其整體輪廓度優(yōu)于±1.5mm，線圈盒截面誤差≤±1mm，繞制前后導體截面變化≤0.1mm，且繞制后導體Ic（臨界電流）保留率≥95%。該Dummy線圈的降溫與通電測試均實現(xiàn)“一次性成功”。通過選用CICC型導體，利用聚變裝置級長期驗證過的結構路線，提前進入對一致性、可制造性與裝置交付接口要求更嚴格的工程體系，為后續(xù)仿星器高溫超導裝置規(guī)模化復制與系統(tǒng)集成打下了堅實的工程基礎。

此次先進仿星器三維高溫超導Dummy線圈的研制與測試成功，驗證了復雜三維仿星器線圈全工藝鏈條的可靠性，標志著我國在先進仿星器核心部件的自主制造能力上邁出了實質性的一步。未來，等離子體所將繼續(xù)攜手國內合作單位，持續(xù)推動我國先進磁約束聚變研究邁向更高水平，為國家未來清潔能源發(fā)展貢獻科技力量。

先進仿星器高溫超導三維線圈設計

高溫超導CORC纜結構

先進仿星器高溫超導三維Dummy線圈完成繞制與封裝

先進仿星器高溫超導三維Dummy線圈真空壓力浸漬（VPI）

先進仿星器高溫超導三維Dummy線圈低溫臨界電流測試