“超高溫”與“超低溫”共存，“超強(qiáng)磁場”與“超大電流”并行，要在地球上造出“人造太陽”，必須要有性能極其特殊的材料承載。新春前夕，記者走進(jìn)中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，聽到一個又一個中國“超級材料”從無到有、后來居上的故事。

產(chǎn)生核聚變反應(yīng)需要幾千萬攝氏度乃至上億攝氏度的高溫，這么高的溫度常規(guī)材料無法承受，一個可行方案是用磁力將其約束在“磁籠子”里。但是，產(chǎn)生強(qiáng)磁場需要“超大電流”，用電強(qiáng)度達(dá)到普通家用空調(diào)的數(shù)千倍乃至數(shù)萬倍，這將產(chǎn)生巨大的熱量，普通導(dǎo)體會被燒斷。

“超導(dǎo)是一種在特殊條件下電阻為零的材料，利用這一特性可以避免導(dǎo)體發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)‘人造太陽’的長時間運(yùn)行。”中國工程院院士李建剛說，當(dāng)年中國啟動研制“人造太陽”的時候，超導(dǎo)技術(shù)控制在少數(shù)發(fā)達(dá)國家手中，向國外購買超導(dǎo)材料，有的出爾反爾不賣，有的開價(jià)高，還只賣三流產(chǎn)品。

“當(dāng)時國家的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，科研經(jīng)費(fèi)也不寬裕，遇到材料‘卡脖子’，我們決定自己做。”李建剛院士說，邊建設(shè)邊研發(fā)，他們在建設(shè)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）的過程中，發(fā)展出60多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，所需的超導(dǎo)、低溫等尖端材料90%都是靠自己的力量研究，在自己的工廠車間里一步步試制出來的。

從超導(dǎo)材料、超導(dǎo)接頭、超導(dǎo)配線到大型磁體系統(tǒng)，經(jīng)過約20年的持續(xù)努力，如今中國已擁有世界先進(jìn)的超導(dǎo)技術(shù)。“可以說，研制‘人造太陽’，也推動中國的超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)前進(jìn)了20年。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤介紹，如今中國已成為世界上超導(dǎo)材料的最大出口國，從被“卡脖子”的對象成為主供應(yīng)商。

“上億度的一團(tuán)火球，碰到什么燒什么。”中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所王騰博士說，“人造太陽”的腔體器壁材料是另一個難點(diǎn)，雖然有強(qiáng)磁場約束，仍然會有一些“不聽話”的高溫等離子體逃逸，打在器壁上造成損傷。

“剛開始EAST使用的是石墨材料，熱負(fù)荷能力達(dá)到每平方米1兆瓦。”王騰說，如今，器壁材料已經(jīng)發(fā)展到第三代，改為自主研發(fā)的鎢銅合金材料，熱負(fù)荷能力提升到每平方米20兆瓦。

前不久，外徑超過11米、總重超過400噸的極向場6號線圈（PF6），在法國國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆現(xiàn)場通過最終驗(yàn)收測試。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研制的PF6，是目前國際上最重、技術(shù)難度最高的超導(dǎo)磁體。

“自主研發(fā)PF6，我們用了6年時間，沒有這個艱難的過程，就沒有今天的進(jìn)步。核心技術(shù)必須牢牢掌握在自己手里，要不來、買不來、討不來。”宋云濤說。

從無到有、刻苦攻關(guān)、后來居上，自立自強(qiáng)的科學(xué)家精神，成為托起“人造太陽”的“核心超級材料”。

“未來的核聚變電站，可能需要一年365天、一天24小時的不間斷運(yùn)行，這就要求更多更強(qiáng)的‘超級材料’。”李建剛院士說，這是研制“人造太陽”最大的技術(shù)難題，也是新階段科研工作者聚力攻關(guān)的方向。