“人造太阳”照进现实：双亿度突破背后，这些金属正在“点燃”清洁能源未来

【从“追光”到“造光”，中国“人造太阳”开启工程实践新纪元】​

12月22日长江有色金属网讯，在前不久，中国科学院“燃烧等离子体”国际科学计划项目正式启动，面向全球开放多个聚变能实验装置及平台，标志着人类探索“人造太阳”的征程迈入“聚智攻坚”新阶段。从上世纪80年代确立核能“三步走”战略，到如今中国环流三号实现离子和电子温度“双亿度”突破（等离子体温度达1.2亿℃，电子温度1.5亿℃），我国聚变研究已从基础研究有序迈向工程实践。这颗“人造太阳”的梦想，正通过特殊金属与材料的“硬支撑”，一步步照进现实。

一、技术突破：双亿度“点火”，中国聚变装置跻身世界第一方阵​

“人造太阳”的核心是模拟太阳内部的核聚变反应（氘氚聚变），需在极端条件下（高温、高压、强磁场）实现可控能量输出。我国聚变装置的迭代，见证了技术从“跟跑”到“领跑”的跨越：

中国环流一号（HL-1）：1984年建成，我国首个中型托卡马克装置，实现等离子体电流100千安，奠定聚变研究基础；

东方超环（EAST）：2006年建成，全球首个全超导非圆截面托卡马克，2025年实现1.2亿℃等离子体运行101秒，创造世界纪录；

中国环流三号（HL-3）：2023年建成，新一代“人造太阳”，2025年突破离子温度1.5亿℃、电子温度2亿℃“双亿度”，并实现高密度等离子体约束（粒子密度达10²⁰/m³），标志着我国向“燃烧等离子体”实验迈出关键一步。

这些突破的背后，是极端环境下材料性能的极限考验——而金属，正是支撑“人造太阳”稳定运行的核心“骨架”与“铠甲”。

二、关键金属揭秘：这些“特种兵”如何撑起“人造太阳”？​

核聚变装置的极端环境（温度超1亿℃、强磁场10特斯拉、高能中子辐照）对材料提出近乎苛刻的要求：耐高温、抗腐蚀、强导磁、耐辐照。以下是支撑“人造太阳”的几类关键金属及材料：

1. 钨：直面等离子体的“第一道防火墙”​

作用：作为“第一壁”材料（直接接触高温等离子体），需承受1亿℃以上高温与高能粒子轰击，同时防止杂质污染等离子体。

特性：钨的熔点高达3422℃（所有金属之首），蒸气压低、抗溅射能力强，是“第一壁”的理想选择。

中国应用：东方超环（EAST）采用钨铜偏滤器（钨表面+铜冷却基体），中国环流三号升级为“全钨第一壁”，耐温能力提升30%，杂质控制精度达ppb级（十亿分之一）。

2. 超导材料：约束等离子体的“无形磁笼”​

作用：通过强磁场约束高温等离子体（类似“磁笼”），避免其接触装置内壁。超导磁体需在-269℃（液氦温度）下实现“零电阻”，以极小能耗产生10特斯拉以上强磁场。

核心金属：

铌钛合金（NbTi）：低温超导材料，用于EAST的纵场磁体（磁场强度3.5特斯拉），成本低、技术成熟；

钇钡铜氧（YBCO）：高温超导材料（临界温度92K），中国环流三号采用“REBCO涂层导体”（稀土钡铜氧），磁场强度提升至5特斯拉，能耗降低40%。

3. 液态锂：燃料循环的“增殖剂”​

作用：氘氚聚变产生的氦原子核会轰击锂（⁶Li），生成氚（燃料）和中子（能量载体），实现“燃料自持循环”（“增殖包层”技术）。

特性：液态锂熔点180℃、沸点1342℃，中子吸收截面大，且与结构材料相容性好。

中国进展：EAST实验中发现，液态锂包层可使氚增殖比（TBR）达1.1（理论临界值1.05），为未来示范堆（DEMO）奠定基础。

4. 钒合金与铜：冷却与结构的“后勤保障”​

钒合金（V-4Cr-4Ti）：用于装置真空室结构材料，耐中子辐照肿胀（辐照后体积膨胀率＜5%），中国环流三号真空室采用钒合金，寿命延长至10年；

铜及铜合金：作为冷却管道材料（如EAST的“瀑布式”水冷系统），利用铜的高导热性（401W/m·K）快速导出热量，防止局部过热。

三、国际合作：“燃烧等离子体”计划，中国方案赋能全球​

中国科学院“燃烧等离子体”国际科学计划的最大亮点，是开放实验装置与平台，邀请全球科学家共同参与：

开放资源：包括中国环流三号、EAST的部分实验时段，以及“聚变材料测试平台”（模拟中子辐照环境）；

合作目标：聚焦“燃烧等离子体稳态运行”“氚燃料自持循环”“材料辐照损伤”三大难题，计划2030年前实现“聚变功率增益Q＞10”（输出能量是输入的10倍）。

俄罗斯、欧盟、日本等国已表达参与意向，计划联合研发“混合堆”（聚变-裂变耦合），利用聚变中子增殖核燃料。这种“开放共享”模式，正是人类应对气候变化、共赴清洁能源未来的缩影。

四、未来展望：从“实验堆”到“示范堆”，金属技术再突破​

当前，我国正推进“聚变工程实验堆（CFETR）”建设（目标Q＞30，2035年建成），对金属材料的性能提出更高要求：

钨基复合材料：研发“钨纤维增强铜基复合材料”（W/Cu），提升导热性与抗热震性；

新型超导材料：探索“铁基超导”（临界温度55K），降低磁体冷却成本；

耐辐照结构材料：开发“ODS钢”（氧化物弥散强化钢），抗中子辐照性能提升50%。

【结语：金属“硬支撑”托举清洁能源梦想】​

从“双亿度”突破到“燃烧等离子体”计划启动，“人造太阳”的每一步进展，都离不开金属与材料的“硬核支撑”。钨的耐高温、超导材料的强磁约束、液态锂的燃料循环……这些看似冰冷的金属，正以科技之力“点燃”清洁能源的未来。

免责声明：本文基于公开科研成果整理，旨在传递科技进展，不构成任何投资建议。核聚变研究需长期投入，请理性看待技术突破节奏。