中國聚變工程實驗堆中心螺管模型線圈獲關(guān)鍵技術(shù)突破

　　5月16，中國聚變工程實驗堆CFETR中心螺管模型線圈（CSMC）用超導(dǎo)導(dǎo)體在瑞士Sultan實驗室結(jié)束了歷時一個多月的性能測試。經(jīng)過2次冷熱循環(huán)和上萬次的電磁循環(huán)后，導(dǎo)體性能無衰減，導(dǎo)體分流溫度最終達(dá)到了6.9K（－266.23 °C），最終以優(yōu)異性能通過測試。CFETR CSMC導(dǎo)體的測試成功標(biāo)志著CFETR中心螺管模型線圈取得了關(guān)鍵技術(shù)的突破，項目取得階段性的成果，為后續(xù)項目的順利進(jìn)展奠定了基礎(chǔ)。

　　中國聚變工程實驗堆CFETR中心螺管模型線圈的關(guān)鍵技術(shù)研究項目于2014年立項，是科技部基于國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃開展的國內(nèi)專項研究。該項目針對CFETR中心螺管磁體的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，開展對高穩(wěn)定性導(dǎo)體的設(shè)計與制造，模型線圈的設(shè)計與分析、繞制、熱處理、絕緣等關(guān)鍵技術(shù)問題研究，完成模型線圈的研制及測試。該導(dǎo)體是CFETR中心螺管線圈的關(guān)鍵技術(shù)部件，是模型線圈首先需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　CFETR CS中心螺管模型線圈運行過程中，電磁力高達(dá)500kN/m，同時磁體需要進(jìn)行上萬次的電磁循環(huán)，這涉及到導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造、新型結(jié)構(gòu)材料的研制等關(guān)鍵技術(shù)問題。ITER 中心螺管線圈（CS）用導(dǎo)體與CFETR CSMC導(dǎo)體的運行環(huán)境類似。ITER CS導(dǎo)體的研制經(jīng)歷了一個曲折的過程。2010年，首個CS導(dǎo)體樣品研制失敗。CS導(dǎo)體的第二個樣品仍然存在著同樣的問題。2011年3月8日，Nature 報道ITER 裝置CS導(dǎo)體性能退化嚴(yán)重，面臨著很大的危機(jī)（Geoff Brumfiel, Cable test raises fears at fusion project, Nature 471, 150 (2011)），這在國際同行中引起了強(qiáng)烈的反響。針對CS導(dǎo)體的性能缺陷，ITER國際組組織了歐盟、日本、美國的科研人員進(jìn)行了ITER CS導(dǎo)體的評估、重新設(shè)計及制造工藝的工作。經(jīng)過多個研究小組的共同努力，新型ITER CS導(dǎo)體于2012年5月測試成功，滿足了ITER CS導(dǎo)體的要求。

　　中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所應(yīng)用超導(dǎo)工程技術(shù)研究室依托ITER導(dǎo)體的技術(shù)優(yōu)勢，經(jīng)過兩年多的努力，發(fā)展了CFETR CSMC導(dǎo)體技術(shù)。提出了一種適用于短節(jié)距（STP－Short Twist Pitch）類型超導(dǎo)電纜的絞制新技術(shù)，解決了小節(jié)距造成的超強(qiáng)剛度引起的超導(dǎo)電纜表面損傷的難題，將電纜外表面的損傷風(fēng)險率降到了零，同時通過電纜結(jié)構(gòu)與絞制技術(shù)優(yōu)化，降低了電纜內(nèi)部的超導(dǎo)線損傷。這種絞纜方式不僅實現(xiàn)了CFETR CSMC超導(dǎo)電纜的外表面無損傷絞制，更重要的是為未來發(fā)展新型材料超導(dǎo)電纜絞制技術(shù)提供了一種新的參考方法。自主研發(fā)了一種具有優(yōu)異低溫力學(xué)性能的高錳鋼結(jié)構(gòu)材料，該材料的力學(xué)性能與國際同類產(chǎn)品相當(dāng)。完成了導(dǎo)體制造關(guān)鍵設(shè)備及成型技術(shù)的研制。在導(dǎo)體研制過程中，項目組與西部超導(dǎo)、長通電纜、久立特材等公司通力合作，不斷創(chuàng)新，克服了多個技術(shù)難題。

　　2015年10月，等離子體所完成了超導(dǎo)電纜短樣的研制。2015年12月，完成了兩根不同結(jié)構(gòu)材料CFETR CSMC短樣導(dǎo)體的研制。2016年1月，完成了新型結(jié)構(gòu)材料高錳鋼JK2LB的性能評估。2016年3月14日，導(dǎo)體樣品在瑞士Sultan實驗室開始測試，5月6日，導(dǎo)體完成最終測試。此次樣品是Sultan實驗室首次同時進(jìn)行兩種不同結(jié)構(gòu)材料（316LN與高錳鋼JK2LB）的導(dǎo)體性能比對測試，具有重要的科學(xué)研究意義。

　　等離子體所應(yīng)用超導(dǎo)工程技術(shù)研究室主任武玉、室務(wù)委員秦經(jīng)剛進(jìn)行了現(xiàn)場見證，并與Sultan實驗室進(jìn)行了導(dǎo)體測試性能及新型導(dǎo)體方面的交流。