國產離子回旋加熱系統研制成功

9月11日，“夸父”又一個關鍵子系統——離子回旋（ICRF）加熱系統順利通過專家組驗收。這標志著我國在高功率射頻加熱技術領域取得新突破，攻克了離子回旋加熱系統核心技術瓶頸，實現該系統全鏈路國產化與自主可控。

“夸父”學名聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施項目（CRAFT），是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。

“離子回旋加熱是高功率射頻加熱技術的一種具體應用形式，它最大的作用以及最大優勢就是能直接加熱離子。”該院等離子體物理研究所CRAFT離子回旋加熱系統負責人秦成明說。

“離子回旋加熱的原理是射頻波的頻率與離子在其運動軌道上的回旋頻率相匹配，離子吸收射頻波的能量，導致其速度增加，進而加熱等離子體。”秦成明打了個比方，如果把等離子體中的磁場看作“環形跑道的圍欄”，離子會沿著“圍欄”做圓周運動，離子回旋加熱就如同給“跑步的離子”精準傳遞“能量棒”，能量越高，等離子體溫度越高。

秦成明介紹，離子溫度是聚變堆“點火”的關鍵參數。在氘氚聚變反應中，離子溫度需達到上億攝氏度并自持燃燒，直接加熱離子能有效提升反應概率。但其波源核心器件長期受國外壟斷制約。

圍繞發射機核心器件兆瓦級電子四極管研制、大功率合成器研制、聚變堆天線設計等關鍵技術，項目團隊經過五年技術攻關，實現兆瓦級電子四極管的研發和國產化；創新設計多路大功率合成網絡及低損耗傳輸器件，實現了寬頻段、大功率、千秒級的穩定輸出。

秦成明表示，未來，該系統可為BEST、CFEDR以及ITER等裝置的離子回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”目標實施。（記者 鹿嘉惠 徐旻昊）