国产“超级微波炉”助力聚变能源发展 实现科技“沿途下蛋”

来源：中安在线

“3、2、1！”9月11日下午，随着倒数结束，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的国家“十三五”重大科技基础设施聚变堆主机关键系统综合研究设施项目（CRAFT）关键子系统——离子回旋（ICRF）加热系统以2MW的输出功率，“跑满”1030秒，顺利通过专家组验收，这也意味着项目团队成功突破技术壁垒，解决了离子回旋加热系统核心技术瓶颈，实现了全链路国产化与自主可控。

验收成功

“微波炉是以2.45G赫兹的功率来加热水分子，实现食物加热，这台系统是以兆赫兹的功率加热等离子体，最高可以加热到一亿度以上，离子温度是聚变堆‘点火’的关键参数，高温可以提高等离子体的聚变效率，兆赫兹的频率被称为射频波，和微波同属电磁波，从这个角度来看，可以把它称为‘超级微波炉’。”该项目工程师程艳向记者解释，为了方便理解，她还用了一个形象的比喻来形容设备里的核心器件“电子四级管”，这个部件可将毫瓦级的功率信号通过三级放大实现兆瓦级的功率放大，是发射器的核心器件。“把声音当为波源的话，它就相当于一个大喇叭。”

据悉，兆瓦级电子四极管研发长期受制于国外技术，产品极度依赖进口。2021年，由等离子体物理研究所牵头，联合国内真空器件厂家和高校，在该项目和重点研发项目的资助下，共同进行百千瓦以及兆瓦级电子四极管关键技术攻关，成功研制了百千瓦级和兆瓦级的电子四极管样管，在EAST装置离子回旋系统测试平台上进行了高功率测试，结果表明关键性能参数均达到国际先进水平，实现了电子四极管关键技术的自主可控。

未来，该系统可为BEST、CFEDR以及ITER等装置的离子回旋加热系统关键部件的设计提供研发与测试平台，为聚变能源发展提供重要支持，助力国家“双碳”战略实施。

系统运行中

记者还了解到，在系统科研攻关过程中，多个关键部件的研发不仅满足了自身科研需求，甚至还实现了出口。真空射频馈口是离子回旋系统的关键组件，作为磁约束核聚变装置中真空与大气环境间的隔离屏障，能够高效传输射频波，并支持无线元件，抵御电磁力与热应力。

“陶瓷的金属化和陶瓷与金属间的钎焊是技术难点，既要实现耐热，又要保证功率输出，还要确保系统真空。”项目负责人介绍，该部件经过团队几年的攻关才把关键工艺摸索清楚，经过技术迭代升级，实现稳定制造，相关产品已经出口到法国。

在这个系统中，仅一个发射器就有上千个部件，实现完全国产化的过程并不容易，系统的顺利运行，更需要各个部件丝丝入扣、精准无误，为了实现既定目标，团队经过反复攻关、摸索工艺才实现目前的高功率长时间稳定运行，而发射器相关产品也已经出口国外。

从设备依靠购买到自研产品出口，科技创新又一次在安徽实现重大跃升，在科技研发的过程中，相关技术也被广泛应用在射频消杀、“质子刀”和火箭推进器等领域。

据介绍，安徽曦融兆波科技有限公司依托该技术资源，专注于射频大功率发射机、高压电源等核心产品研发，面向磁约束核聚变装置提供离子回旋波加热系统及射频解决方案，实现了科技研发的“沿途下蛋”。（记者　张毅璞　朱晓桐）