自主可控！“夸父”又一关键子系统通过验收

9月11日，在位于合肥的聚变堆主机关键系统综合研究设施园区，“超级微波炉”正在以2兆瓦的功率向外输送能量，功率相当于2000台常规微波炉。其加热的目标对象不是日常食品，而将是“人造太阳”中运行的等离子体。这是“夸父”（CRAFT）的关键子系统——离子回旋（ICRF）加热系统。当天，这一项目迎来验收。该“超级微波炉”实现了全链路国产化与技术自主可控，其成功研制标志着我国在高功率射频加热技术领域取得新突破。

“人造太阳”，拥有类似太阳的核聚变反应机制，而其产生核聚变的重要一步就是，控制并加热等离子体。那么如何加热呢？

“以前我们使用的欧姆加热方式，加热效率低，且难以闯过千万度的门槛，而更先进的离子回旋加热方式的核心器件又长期依赖国外技术。”中国科学院等离子体物理研究所研究员秦成明介绍，要想让“人造太阳”达到稳定、长期地上亿度运行，这一加热技术必须握在自己手上。为了这项技术的自主可控，CRAFT项目团队“五年磨一剑”，诞生了这一全国产化的离子回旋（ICRF）加热系统。

现场了解到，该加热系统分为发射器、输送管道、聚变堆天线等部分。研究人员介绍，发射器就如同一个“点火器”，且能够将“火苗”——射频波，进行“逐级放大”，将小小“火种”变作兆瓦级别的超大能量，最终完成对“人造太阳”中等离子体的“微波加热”。

“其中的‘火种放大器’——兆瓦级电子四极管，是我们技术的核心，此前国内只有百千瓦级别的四极管。ICRF的验收，也是国产兆瓦级四极管的‘实战应用’。”中国科学院等离子体物理研究所微波加热技术研究室高级工程师程艳表示，通过在EAST装置上的高功率测试，结果表明该器件的关键性能参数均达到国际先进水平。

通过创新设计多路大功率合成网络及低损耗传输器件，该系统最终实现了40-80MHz宽频段的2MW功率、千秒量级的稳定输出，完成兆瓦级功率合成与传输。

“研究团队解决了离子回旋加热系统核心技术瓶颈，实现了从波源到传输再到聚变堆天线，从核心器件到整机集成的全链路国产化与技术自主可控。”程艳激动地说。

值得一提的是，在长达5年的攻关中，相关技术还实现了“沿途下蛋”，一些单元技术也走向了国际市场。“团队自主研制的兆瓦级发射机已经整机出口到德国了。”秦成明说道。

该加热系统的相关技术还可拓展应用于运载推进、半导体、医疗健康、电子科技等领域。未来，该系统可为BEST、CFEDR以及ITER等装置的离子回旋加热系统关键部件的设计提供研发与测试平台，为聚变能源发展提供重要支持。

“我们的努力方向是让它的加热功率更高、脉冲时间更长、运行更稳定，来支撑‘人造太阳’运行至更长时间。本次ICRF的研制是我们关键技术国产化替代的其中一步，但也只是利用核聚变发电这一‘万里长征’的小小节点。”研究人员表示。

转载于：合肥在线