6月27日上午,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”最大的部件——環向場(Toroidal Field,TF)磁體,完成最后制備工藝,成功下線,通過專業組內部測試驗收。該超導磁體體積是國際熱核聚變堆ITER TF磁體的1.3倍,儲能為ITER TF磁體的3倍,是目前世界上最大的聚變堆超導磁體,各項性能指標達到國際領先水平。這一成果標志著我國已全面掌握聚變堆核心磁體設計及研制技術,我國成為全球具備百千安級大型超導磁體全流程自主研制能力的國家。
TF磁體是聚變堆最重要的部件之一,承擔著在聚變反應堆運行壽命周期中對高溫等離子體進行約束的作用。聚變堆超大型超導磁體須在極低溫、大電流、強輻射、高應力等極端條件下,穩定可靠運行60年。TF磁體運行電流98千安, 總儲能120吉焦,16個TF磁體在裝置等離子體中心磁場6.5特斯拉,磁體最高磁場14.5特斯拉。單個TF磁體尺寸為21米(長)* 12米(寬)* 3.3米(高),重量達582.4噸。該項目歷時6年,經過設計、預研、研制、測試等一系列關鍵環節,最終實現100%國產化。項目申請授權專利47項,制定標準25項。
瞄準未來聚變堆運行工況,項目團隊堅持自主創新,采用混合繞組創新設計,攻克了低阻超導接頭(內部接頭電阻0.04納歐)、低溫絕緣、失超保護、大電流電源等十余項關鍵技術難題,研制出新型高性能超導線、高強度低溫不銹鋼、高強度絕緣材料,突破了超大尺寸磁體線圈高精度繞制與真空壓力浸漬工藝瓶頸,發展了大型鈮三錫超導磁體熱處理技術,實現了全系統從設計分析到制備、測試的全國產化。該磁體的導體樣品成功通過數千次4.2開爾文(零下268.95攝氏度)低溫下電磁循環和冷熱循環、100千安大電流、12特斯拉強磁場聯合工況下的全尺度性能驗證,各項指標均優于設計要求。
在項目實施過程中,國內多家優勢企業深度參與,形成了覆蓋關鍵材料、核心部件、制造工藝和系統集成的協同攻關體系。西部超導、浙江久立、上海電氣、無錫華立、二重集團、合肥聚能電物理、合肥科燁等參與單位單位圍繞高性能超導材料、特種結構件、高精度制造和加工等多個核心環節聯合攻關,有力支撐了這一重大裝備的自主化研制,也帶動了我國聚變工程高端裝備制造能力和產業配套能力的整體提升,為下一步聚變堆建設奠定了堅實基礎。

CRAFT環向場(TF)磁體

項目團隊合影