科技部、安徽省科技厅、合肥物质科学研究院的领导和专家与团队成员

纵场线圈

　　在法国卡达拉舍有一个核聚变反应堆，它模仿恒星制造能量的过程——将小的原子合并成较大的原子，此过程中可以释放出清洁、安全和取之不竭的核能。

　　这个聚变反应堆又叫国际热核聚变实验堆（ITER），是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”。

　　2015年11月，ITER计划中国首个采购包——纵场线圈（TF）导体采购包竣工。“TF导体采购包是中国科学院等离子体物理研究所（以下简称等离子体所）承担的首个ITER采购包。”中国科学院等离子体所物理研究所长万宝年告诉《中国科学报》记者。

　　自2004年以来，等离子体所作为国内主要承担单位参与了ITER计划，并通过国际招标竞争承担了多项高难度的核心任务，在这项全球规模最大的国际科研合作项目中展现了中国的科研力量。

　　介入：研发与合作

　　聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一。ITER计划是实现聚变能商业化的重要手段。

　　ITER计划于1988年开始进行实验堆的研究设计工作，工程设计于2001年完成。2003年国务院批准我国参加ITER计划谈判。经过三年谈判，2006年中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定，启动实施ITER计划。

　　ITER的建造大约需要十年，耗资五十亿美元（1998年值）。合作承担ITER计划的七个成员包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一半。

　　据万宝年介绍，等离子体所是世界上第一个建成超导托卡马克的单位，拥有丰富的工程经验。ITER装置将是世界上最大的托卡马克装置。托卡马克装置的核心是超导磁体，超导导体又是磁体的关键部件，也是技术含量非常高的部件。

　　2006年等离子体所开始了ITER导体的预研工作，是最早介入ITER部件研发的单位。

　　ITER导体项目负责人、等离子体所研究员武玉告诉《中国科学报》记者：“2009年，我们与ITER中心签订了ITER TF 认证导体合同，这也是中国首个签订的国内ITER部件合同。”

　　其中，ITER TF导体由于其技术含量高，成为谈判初期各方竞相争取的采购包，它是ITER 137个国际采购包中唯一由六方（欧、美、日、韩、俄、中）共同承担并提供相同元件的采购包。

　　承担：制造和交付

　　2009年，中国的第一个ITER导体短样在瑞士测试成果，并创造了ITER TF导体性能的世界最高纪录。

　　等离子体所主要承担着ITER超导导体的制造和交付工作。2011年年底，等离子体所完成并交付了ITER计划中国制造任务的首件产品“ITER环向场（TF）超导导体”，这也是中国ITER采购包的首件正式产品。时任等离子体所所长李建刚指出：“中国的ITER导体生产实现了100%国产化，这在ITER计划合作方中只有中国和日本能达到。”

　　2015年，最后一根中国TF认证导体顺利通过ITER计划指定的唯一测试机构瑞士SULTAN实验室的性能测试评估，标志着中方承担的所有导体实验和测试圆满完成。

　　据悉，自2009年5月29日的TFCN1导体实验到2015年5月22日TFCN6导体实验结束，中国提交的26个导体实验样品都是一次性顺利通过SULTAN测试。

　　“我们共承担三个导体采购包，分别是TF导体采购包、PF导体采购包、CC和Feeder导体采购包。”

　　武玉介绍，“目前，TF导体采购包、CC和Feeder导体采购包2015年已完成。PF导体采购包主要有四种导体，分别为PF2、PF3、PF4、PF5，按照ITER进度计划，PF2和PF5导体已全部完成，PF导体完成了约50%。”

　　突破：技术加人才

　　我国虽然在聚变工程领域取得了优异的成绩，但对于大型超导导体来讲，国内很多的技术仍然属于空白状态。

　　“虽然等离子体所在建造EAST（先进实验超导托卡马克）装置时发展了相应的超导导体技术，但这种技术对ITER导体来讲，还远远不够。”

　　武玉举了一个例子，异型导体成型机，导体挤压成型力将近30吨。中方承担的异型导体总共60根，超过80000米。最短的单根导体长度超过500米，单根导体要求一次连续挤压成型结束，不能使导体产生缺陷。

　　“初始设计的成型机是在小尺寸导体的基础上改进的，生产第一根认证导体时就出现了轮组破裂，导体表面损伤的情况。为此，我们暂停了异型导体的制造工作。”

　　当年，国际上，只有日本和意大利有同样的设备，但是供货周期非常长，大约需要两年的时间，如果买进口设备，将会极大地延误导体生产进度。经过慎重考虑，等离子体所ITER项目组决定自主研发异型导体成型机。

　　项目组联系了国内多家科研单位与大型装备制造公司，通过了多次技术论证与评审。经过半年时间，完成了样机的研制，并进行了多次实验和200米假导体的试生产，对结果进行分析，优化设计，最终完成了导体成型机的研制。

　　如今，这台自主研发导体成型机已经连续挤压完成了37根异型导体的生产任务，性能稳定。

　　通过技术积累，等离子体所ITER项目组推翻了原ITER电源、超导馈线等重大系统和部件的不合理设计，以新的设计方法以及经过实验验证的技术，证明了中国设计的正确性与合理性，并被ITER国际组所采纳。

　　武玉说：“我们实现了系列设计和制造技术的突破，自行设计研制的ITER高温超导大电流引线，成为ITER参加七方中首个通过测试验收的ITER原型件，其性能指标位居世界领先水平。”

　　大型导体技术涉及多个专业，包括超导、低温、材料、无损检测、焊接、计算流体力学、机械设计等。针对人才短缺的现状，等离子体所从培养人才做起，ITER团队成立之初不超过20人，然后每年从高校、研究所、技术院校引进年轻人才，进行专业培训。目前团队已经超过80人，90%以上是“80后”的青年人才。

　　（原载于《中国科学报》 2016-01-04 第5版 创新周刊)