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【新华网】“人造太阳”上的这些“超级材料”

作者:亚博下载 发布时间:2021-03-04 06:57 点击数:

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

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  2020年南昌大学-中国科学院稀土研究院“稀土专项”联合培养博士研究生“申请-考核”制招生公告

  “超高温”与“超低温”共存,“超强磁场”与“超大电流”并行,要在地球上造出“人造太阳”,必须要有性能极其特殊的材料承载。新春前夕,记者走进中科院合肥物质科学研究院,听到一个又一个中国“超级材料”从无到有、后来居上的故事。

  产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温,这么高的温度常规材料无法承受,一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。但是,产生强磁场需要“超大电流”,用电强度达到普通家用空调的数千倍乃至数万倍,这将产生巨大的热量,普通导体会被烧断。

  “超导是一种在特殊条件下电阻为零的材料,利用这一特性可以避免导体发热,实现‘人造太阳’的长时间运行。”中国工程院院士李建刚说,当年中国启动研制“人造太阳”的时候,超导技术控制在少数发达国家手中,向国外购买超导材料,有的出尔反尔不卖,有的开价高,还只卖三流产品。

  “当时国家的工业基础薄弱,科研经费也不宽裕,遇到材料‘卡脖子’,我们决定自己做。”李建刚院士说,边建设边研发,他们在建设全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)的过程中,发展出60多项关键技术,所需的超导、低温等尖端材料90%都是靠自己的力量研究,在自己的工厂车间里一步步试制出来的。

  从超导材料、超导接头、超导配线到大型磁体系统,经过约20年的持续努力,如今中国已拥有世界先进的超导技术。“可以说,研制‘人造太阳’,也推动中国的超导材料产业前进了20年。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛介绍,如今中国已成为世界上超导材料的最大出口国,从被“卡脖子”的对象成为主供应商。

  “上亿度的一团火球,碰到什么烧什么。”中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所王腾博士说,“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点,虽然有强磁场约束,仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸,打在器壁上造成损伤。

  “刚开始EAST使用的是石墨材料,热负荷能力达到每平方米1兆瓦。”王腾说,如今,器壁材料已经发展到第三代,改为自主研发的钨铜合金材料,热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。

  前不久,外径超过11米、总重超过400吨的极向场6号线),在法国国际热核聚变实验堆现场通过最终验收测试。中科院合肥物质科学研究院研制的PF6,是目前国际上最重、技术难度最高的超导磁体。

  “自主研发PF6,我们用了6年时间,没有这个艰难的过程,就没有今天的进步。核心技术必须牢牢掌握在自己手里,要不来、买不来、讨不来。”宋云涛说。

  从无到有、刻苦攻关、后来居上,自立自强的科学家精神,成为托起“人造太阳”的“核心超级材料”。

  “未来的核聚变电站,可能需要一年365天、一天24小时的不间断运行,这就要求更多更强的‘超级材料’。”李建刚院士说,这是研制“人造太阳”最大的技术难题,也是新阶段科研工作者聚力攻关的方向。

  “超高温”与“超低温”共存,“超强磁场”与“超大电流”并行,要在地球上造出“人造太阳”,必须要有性能极其特殊的材料承载。新春前夕,记者走进中科院合肥物质科学研究院,听到一个又一个中国“超级材料”从无到有、后来居上的故事。

  产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温,这么高的温度常规材料无法承受,一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。但是,产生强磁场需要“超大电流”,用电强度达到普通家用空调的数千倍乃至数万倍,这将产生巨大的热量,普通导体会被烧断。

  “超导是一种在特殊条件下电阻为零的材料,利用这一特性可以避免导体发热,实现‘人造太阳’的长时间运行。”中国工程院院士李建刚说,当年中国启动研制“人造太阳”的时候,超导技术控制在少数发达国家手中,向国外购买超导材料,有的出尔反尔不卖,有的开价高,还只卖三流产品。

  “当时国家的工业基础薄弱,科研经费也不宽裕,遇到材料‘卡脖子’,我们决定自己做。”李建刚院士说,边建设边研发,他们在建设全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)的过程中,发展出60多项关键技术,所需的超导、低温等尖端材料90%都是靠自己的力量研究,在自己的工厂车间里一步步试制出来的。

  从超导材料、超导接头、超导配线到大型磁体系统,经过约20年的持续努力,如今中国已拥有世界先进的超导技术。“可以说,研制‘人造太阳’,也推动中国的超导材料产业前进了20年。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛介绍,如今中国已成为世界上超导材料的最大出口国,从被“卡脖子”的对象成为主供应商。

  “上亿度的一团火球,碰到什么烧什么。”中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所王腾博士说,“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点,虽然有强磁场约束,仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸,打在器壁上造成损伤。

  “刚开始EAST使用的是石墨材料,热负荷能力达到每平方米1兆瓦。”王腾说,如今,器壁材料已经发展到第三代,改为自主研发的钨铜合金材料,热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。

  前不久,外径超过11米、总重超过400吨的极向场6号线),在法国国际热核聚变实验堆现场通过最终验收测试。中科院合肥物质科学研究院研制的PF6,是目前国际上最重、技术难度最高的超导磁体。

  “自主研发PF6,我们用了6年时间,没有这个艰难的过程,就没有今天的进步。核心技术必须牢牢掌握在自己手里,要不来、买不来、讨不来。”宋云涛说。

  从无到有、刻苦攻关、后来居上,自立自强的科学家精神,成为托起“人造太阳”的“核心超级材料”。

  “未来的核聚变电站,可能需要一年365天、一天24小时的不间断运行,这就要求更多更强的‘超级材料’。”李建刚院士说,这是研制“人造太阳”最大的技术难题,也是新阶段科研工作者聚力攻关的方向。


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