6月27日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”项目取得关键进展，聚变堆关键部件——CRAFT环向场超导磁体（TF磁体）历时6年完成研制验收，这是目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体。此外，另一超导磁体部件高温超导中心螺管（CS线圈）完成满参数测试。两部件完成了中国原创性设计，并攻克了一系列国际技术难题，核心技术均实现100%国产化，综合性能跃升国际前列。中国向着聚变发电再迈关键一步。
原创方案造出TF磁体，性能参数国际领先
验收现场，超大的环向场磁体静静躺卧。俯瞰磁体，宛如字母“D”。该磁体长21米、宽12米、高3.3米，总重量达582吨，体积是国际热核聚变堆ITER TF磁体的1.3倍，总储能达到120GJ，是ITER TF磁体的3倍。
CRAFT环向场超导磁体。
环向场磁体是聚变堆最重要的部件之一，在聚变装置运行过程中，超导磁体产生强磁场，宛如一个“磁笼子”，束缚上亿度高温等离子体。其中，环向场磁体负责构建环向磁场，借助洛伦兹力牢牢约束等离子体，减少高能粒子对真空室器壁的冲击损耗。未来，将有16个环向场磁体在装置等离子体中心产生6.5特斯拉磁场，磁体最高磁场14.5特斯拉。该磁体可在极低温、大电流、强辐射、高应力等极端条件下，稳定可靠运行60年。
“在这一磁体的设计上，我们提出了多项原创方案。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员武玉是该项目的负责人，他逐一细数项目的原创成就:提出了“外方内圆”的原创性超导磁体设计方案，解决了大电流工况下强干扰、大应力等问题，“这是风险最大的一项原创，但我们攻克下来了！”此外，技术团队研发了一系列高性能材料。“正是因为这些新材料，我们可以做到体积只比ITER TF超导磁体大30%，但性能能够达到其3倍，且造价只有ITER TF超导磁体的1/2。”武玉表示。
CRAFT环向场超导磁体。
而在导体的性能测试中，结果令研发人员格外兴奋:2000次实验结果当中，性能没有衰退！
该项目历时6年，经过设计、预研、研制、测试等一系列关键环节，整套磁体全链条实现100%国产化。项目申请授权专利47项，制定标准14项，各项性能指标领跑国际同类产品。
“难度太大了，能够顺利完成研制，我感到很亢奋、很兴奋！”武玉语气中是满腔欣喜。
聚变应用的高温超导磁体，从无到有
同天，另一好消息传来:高温超导中心螺管线圈完成满工况参数测试。相关负责人刘方表示，高温超导磁体作为区别于低温超导磁体的新方案，尝试者众，但能做到线圈稳定载流60千安的几乎没有。
实测数据显示，该磁体储能6.03兆焦，最大磁场变化率每秒5.1特斯拉，接头电阻0.87纳欧，关键指标和核心性能达到国际领先水平。线圈从超导材料、结构设计到成套制备工艺均实现完全国产化。
中心螺管线圈是聚变堆超导磁体系统的组成部分之一。位于聚变堆的中心心脏位置。主要作用是感应、驱动等离子体电流，并动态调节等离子体约束形态。
高温超导中心螺管正在白色的测试平台中进行测试。后方是为CRAFT环向场超导磁体专门建设的测试平台。
针对严苛的技术难度及装置极端运行条件需求，项目团队创新采用应力分散强力支撑结构与高低温混合磁体设计方案，围绕核心材料、结构设计、制备工艺、测试验证开展全链条技术攻关。先后攻克聚变堆高稳定性磁体设计、大电流高温超导导体研制等十余项关键技术难题，成功完成首个聚变堆磁体制备和满参数测试，满足未来运行需求。
两套核心超导磁体的接连突破，为我国建设聚变堆进一步筑牢超导工程基础，有力提升聚变堆建设自主研发与工程建造能力。
合报科学+融媒体工作室
合肥晚报-合新闻 文字：张玉莲 图片：田星星
