國產「超級微波爐」助力聚變能源發展 實現科技「沿途下蛋」

來源：中安在線

「3、2、1！」9月11日下午，隨着倒數結束，由中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所牽頭承擔的國家「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項目（CRAFT）關鍵子系統——離子迴旋（ICRF）加熱系統以2MW的輸出功率，「跑滿」1030秒，順利通過專家組驗收，這也意味着項目團隊成功突破技術壁壘，解決了離子迴旋加熱系統核心技術瓶頸，實現了全鏈路國產化與自主可控。

驗收成功

「微波爐是以2.45G赫茲的功率來加熱水分子，實現食物加熱，這台系統是以兆赫茲的功率加熱等離子體，最高可以加熱到一億度以上，離子温度是聚變堆‘點火’的關鍵參數，高温可以提高等離子體的聚變效率，兆赫茲的頻率被稱為射頻波，和微波同屬電磁波，從這個角度來看，可以把它稱為‘超級微波爐’。」該項目工程師程艷向記者解釋，爲了方便理解，她還用了一個形象的比喻來形容設備里的核心器件「電子四級管」，這個部件可將毫瓦級的功率信號通過三級放大實現兆瓦級的功率放大，是發射器的核心器件。「把聲音當爲波源的話，它就相當於一個大喇叭。」

據悉，兆瓦級電子四極管研發長期受制於國外技術，產品極度依賴進口。2021年，由等離子體物理研究所牽頭，聯合國內真空器件廠家和高校，在該項目和重點研發項目的資助下，共同進行百千瓦以及兆瓦級電子四極管關鍵技術攻關，成功研製了百千瓦級和兆瓦級的電子四極管樣管，在EAST裝置離子迴旋系統測試平臺上進行了高功率測試，結果表明關鍵性能參數均達到國際先進水平，實現了電子四極管關鍵技術的自主可控。

未來，該系統可為BEST、CFEDR以及ITER等裝置的離子迴旋加熱系統關鍵部件的設計提供研發與測試平臺，為聚變能源發展提供重要支持，助力國家「雙碳」戰略實施。

系統運行中

記者還了解到，在系統科研攻關過程中，多個關鍵部件的研發不僅滿足了自身科研需求，甚至還實現了出口。真空射頻饋口是離子迴旋系統的關鍵組件，作為磁約束核聚變裝置中真空與大氣環境間的隔離屏障，能夠高效傳輸射頻波，並支持無線元件，抵禦電磁力與熱應力。

「陶瓷的金屬化和陶瓷與金屬間的釺焊是技術難點，既要實現耐熱，又要保證功率輸出，還要確保系統真空。」項目負責人介紹，該部件經過團隊幾年的攻關才把關鍵工藝摸索清楚，經過技術迭代升級，實現穩定製造，相關產品已經出口到法國。

在這個系統中，僅一個發射器就有上千個部件，實現完全國產化的過程並不容易，系統的順利運行，更需要各個部件絲絲入扣、精準無誤，爲了實現既定目標，團隊經過反覆攻關、摸索工藝才實現目前的高功率長時間穩定運行，而發射器相關產品也已經出口國外。

從設備依靠購買到自研產品出口，科技創新又一次在安徽實現重大躍升，在科技研發的過程中，相關技術也被廣泛應用在射頻消殺、「質子刀」和火箭推進器等領域。

據介紹，安徽曦融兆波科技有限公司依託該技術資源，專注於射頻大功率發射機、高壓電源等核心產品研發，面向磁約束核聚變裝置提供離子迴旋波加熱系統及射頻解決方案，實現了科技研發的「沿途下蛋」。（記者　張毅璞　朱曉桐）