“人造太阳”关键系统综合研究设施主体工程建设开启“加速度”

科技日报记者 吴长锋

初冬时节，走进位于合肥市郊三十岗的合肥综合性国家科学中心大科学装置集中区，国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”建设如火如荼，主体工程“进度条”全力推进。

“目前已经完成100余个关键里程碑建设任务及核心部件的设计、预研和测试验证，从子系统的实验室研发测试阶段进入到部分关键部件的研制和现场集成及调试阶段。”中科院合肥物质科学研究院刘志宏研究员告诉科技日报记者。

聚变堆主机关键系统综合研究设施正在加快建设。

国际核聚变领域参数最高的综合研究平台

聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）是合肥获批综合性国家科学中心后，首个落户大科学装置集中区的国家重大科技基础设施项目。该设施目标是建成国际核聚变领域参数最高、功能最完备的综合性研究及测试平台。

自CRAFT设施主体工程开工以来，中科院合肥研究院等离子体所核聚变大科学团队在材料综合性能研究、超导导体性能研究、超导磁体、聚变堆真空室、偏滤器部件、等离子体与材料相互作用、辅助加热系统、遥操作系统、配套支撑系统等方面开展核心技术攻关和关键设备研发。目前，CRAFT设施主体工程建设正酣，关键子系统和大型测试平台研制取得阶段性重要进展。

在聚变堆园区11号科研厂房，一个高度20米，外形似“橘子瓣”状的实验平台已经基本落成，这就是CRAFT设施1/8真空室及总体安装实验平台。

1/8真空室及总体安装实验平台即将建成投入使用。

该平台为D型截面双层壳体结构，总高20米，D型截面高11米，最大环向直径19.5米，最小环向直径5.7米。真空室壳体选用50毫米厚的超低碳不锈钢材料，总重达5600吨。

“这个1/8真空室样件平台在研制过程中形成了40多项专利技术，发展和掌握了聚变堆真空室建造过程中诸如精密成型、柔性自动化焊接、相控阵超声无损检测以及大视场激光准直测量等关键技术，并为遥控操作系统提供一个全尺寸的安装模拟平台。”项目负责人刘志宏带领团队正在进行最后的部件总装。刘志宏表示，预计1/8真空室及总体安装实验平台明年初启用。

关键部件全部自主研制，为点亮“人造太阳”打基础

聚变堆园区8号科研厂房的恒温洁净车间内，环向场线圈绕制生产线刚刚竣工完成。该生产线主要由导体放送系统、导体校直系统、在线超声清洗系统、导体喷砂与清洗系统、导体连续弯绕机、线圈绕制回转平台等设备通过自动控制系统联动控制组成，开展聚变堆级全尺寸D形线圈的制造验证。

大型环向场线圈绕制生产测试平台已经建成。

此环向场线圈采用全球首创的高、中、低场三个子线圈堆叠和套装组成，绕制后的线圈轮廓度和平面度不超过1.5毫米的严苛要求，给绕制工作带来很大难度。

“我们采用无张力绕制技术对超导导体进行连续精密绕制。”项目负责人文伟研究员说，“完成了复杂轮廓绕制运动轨迹模拟、无张力连续推弯成形、截面氦管自动焊接等一系列关键技术研究，掌握了核心技术。”目前，线圈绕制生产线的安装和联调测试已经完成，用于首个认证件绕制的900余米长的全尺寸导体也已就位，即将开展线圈绕制工艺验证，为后续工作奠定成熟技术和工艺基础。

CRAFT负离子源中性束注入系统因射频馈入稳定性要求高、束引出面积大、连续运行时间长、负离子产生难且易损失的典型特征而挑战巨大。

负离子源中性束注入系统束源测试平台正在建设。

单驱动负离子束源是CRAFT负离子束源系统研究的基础，主要用于研究负离子产生、引出和加速技术，对负离子束源的研制有重要的意义。项目团队一直针对未来聚变堆中性束注入系统研制过程中的大面积负离子产生、引出、加速、束传输和调控等核心技术开展研究，分别开展了射频放电锻炼、负离子产生、引出和加速研究，通过参数优化最高获得204 A/m2的负离子引出，并实现稳定可重复的105秒长脉冲负离子束。

单驱动负离子束源测试平台实现稳定可重复的百秒量级强流负离子束引出。

“这些技术指标的实现，标志着我国成为国际上少数掌握强流射频负离子源核心技术的国家。”项目负责人谢亚红研究员说，这些研究工作和关键技术的突破，也为聚变堆高功率负离子源中性束注入系统的研制提供了重要保障。

聚变堆园区13号北大厅是偏滤器等离子体与材料相互作用研究平台的所在地，这里将建成国际上参数水平最高的直线等离子体装置及其辅助系统，可产生聚变堆偏滤器所要承受的稳态大束流等离子体，推动面对等离子体部件的研发。

项目负责人周海山研究员带领团队已经完成平台物理和工程设计工作。周海山介绍，“我们在测试台上取得了连续24小时运行的偏滤器靶板束流密度等离子体的新纪录，验证了关键部件的稳定性。这些关键技术攻关，将为后续材料测试平台的调试和运行积累宝贵经验，为CRAFT偏滤器研究系统建设奠定基础。”

直线装置等离子体源完成24次方粒子流24小时稳定性测试。

此外，偏滤器部件测试平台、聚变遥操作测试平台、辅助加热系统、低温系统、环向场大型超导磁体热处理系统、中心螺管模型线圈磁体测试系统等子系统研制正在加快进行。110kV终端变电站及附属供配电系统，由内循环外循环和冷冻水系统组成的水冷系统等配套支撑系统已经建成并投入运行。

自CRAFT设施项目开工以来，中科院合肥研究院等离子体所核聚变大科学团队立足自主创新，克服重重困难，统筹协调加快推进园区工程和设施主体工程建设。

聚变堆主机关键系统综合研究设施正在加快建设。

核聚变大科学团队始终聚焦聚变堆建设运行的关键科学技术和工程建设难题，瞄准加快聚变能开发和应用进程，加快推动聚变堆主机关键系统综合研究设施建成国际最先进的大型综合性测试平台，为未来聚变堆关键工程技术研发和建设运行保驾护航。

（中科院合肥研究院供图）