國產(chǎn)離子回旋加熱系統(tǒng)研制成功

9月11日，“夸父”又一個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)——離子回旋（ICRF）加熱系統(tǒng)順利通過專家組驗(yàn)收。這標(biāo)志著我國在高功率射頻加熱技術(shù)領(lǐng)域取得新突破，攻克了離子回旋加熱系統(tǒng)核心技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)全鏈路國產(chǎn)化與自主可控。

“夸父”學(xué)名聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施項(xiàng)目（CRAFT），是由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所牽頭承擔(dān)的國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

“離子回旋加熱是高功率射頻加熱技術(shù)的一種具體應(yīng)用形式，它最大的作用以及最大優(yōu)勢(shì)就是能直接加熱離子?！痹撛旱入x子體物理研究所CRAFT離子回旋加熱系統(tǒng)負(fù)責(zé)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(yùn)動(dòng)軌道上的回旋頻率相匹配，離子吸收射頻波的能量，導(dǎo)致其速度增加，進(jìn)而加熱等離子體?！鼻爻擅鞔蛄藗€(gè)比方，如果把等離子體中的磁場(chǎng)看作“環(huán)形跑道的圍欄”，離子會(huì)沿著“圍欄”做圓周運(yùn)動(dòng)，離子回旋加熱就如同給“跑步的離子”精準(zhǔn)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(diǎn)火”的關(guān)鍵參數(shù)。在氘氚聚變反應(yīng)中，離子溫度需達(dá)到上億攝氏度并自持燃燒，直接加熱離子能有效提升反應(yīng)概率。但其波源核心器件長(zhǎng)期受國外壟斷制約。

圍繞發(fā)射機(jī)核心器件兆瓦級(jí)電子四極管研制、大功率合成器研制、聚變堆天線設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過五年技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)電子四極管的研發(fā)和國產(chǎn)化；創(chuàng)新設(shè)計(jì)多路大功率合成網(wǎng)絡(luò)及低損耗傳輸器件，實(shí)現(xiàn)了寬頻段、大功率、千秒級(jí)的穩(wěn)定輸出。

秦成明表示，未來，該系統(tǒng)可為BEST、CFEDR以及ITER等裝置的離子回旋加熱系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)提供研發(fā)與測(cè)試平臺(tái)，為聚變能源發(fā)展提供重要支持，助力國家“雙碳”目標(biāo)實(shí)施。（記者 鹿嘉惠 徐旻昊）