9月11日，在位于合肥的聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施園區(qū)，一“超級(jí)微波爐”正在以2兆瓦的功率向外輸送能量，功率相當(dāng)于2000臺(tái)常規(guī)微波爐。其加熱的目標(biāo)對(duì)象不是日常食品，而將是“人造太陽(yáng)”中運(yùn)行的等離子體。這是“夸父”（CRAFT）的關(guān)鍵子系統(tǒng)——離子回旋（ICRF）加熱系統(tǒng)，當(dāng)天順利通過(guò)專家組驗(yàn)收。該“超級(jí)微波爐”實(shí)現(xiàn)了全鏈路國(guó)產(chǎn)化與技術(shù)自主可控，其成功研制標(biāo)志著我國(guó)在高功率射頻加熱技術(shù)領(lǐng)域取得新突破。

“人造太陽(yáng)”，擁有類似太陽(yáng)的核聚變反應(yīng)機(jī)制，而其產(chǎn)生核聚變的重要一步就是，控制并加熱等離子體。那么如何加熱呢？

“以前我們使用的歐姆加熱方式，加熱效率低，且難以闖過(guò)千萬(wàn)度的門檻，而更先進(jìn)的離子回旋加熱方式的核心器件又長(zhǎng)期依賴國(guó)外技術(shù)。”中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所研究員秦成明介紹，要想讓“人造太陽(yáng)”達(dá)到穩(wěn)定、長(zhǎng)期地上億度運(yùn)行，這一加熱技術(shù)必須握在自己手上。為了這項(xiàng)技術(shù)的自主可控，CRAFT項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)“五年磨一劍”，誕生了這一全國(guó)產(chǎn)化的離子回旋（ICRF）加熱系統(tǒng)。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，該加熱系統(tǒng)分為發(fā)射器、輸送管道、聚變堆天線等部分。研究人員介紹，發(fā)射器就如同一個(gè)“點(diǎn)火器”，且能夠?qū)ⅰ盎鹈纭薄�—射頻波，進(jìn)行“逐級(jí)放大”，將小小“火種”變作兆瓦級(jí)別的超大能量，最終完成對(duì)“人造太陽(yáng)”中等離子體的“微波加熱”。

“其中的‘火種放大器’——兆瓦級(jí)電子四極管，是我們技術(shù)的核心，此前國(guó)內(nèi)只有百千瓦級(jí)別的四極管。ICRF的驗(yàn)收，也是國(guó)產(chǎn)兆瓦級(jí)四極管的‘實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用’�！敝袊�(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所微波加熱技術(shù)研究室高級(jí)工程師程艷表示，通過(guò)在EAST裝置上的高功率測(cè)試，結(jié)果表明該器件的關(guān)鍵性能參數(shù)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

通過(guò)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，該系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了40-80MHz寬頻段的2MW功率、千秒量級(jí)的穩(wěn)定輸出，完成兆瓦級(jí)功率合成與傳輸。

“研究團(tuán)隊(duì)解決了離子回旋加熱系統(tǒng)核心技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了從波源到傳輸再到聚變堆天線，從核心器件到整機(jī)集成的全鏈路國(guó)產(chǎn)化與技術(shù)自主可控。”程艷激動(dòng)地說(shuō)。

值得一提的是，在長(zhǎng)達(dá)5年的攻關(guān)中，相關(guān)技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了“沿途下蛋”，一些單元技術(shù)也走向了國(guó)際市場(chǎng)。“團(tuán)隊(duì)自主研制的兆瓦級(jí)發(fā)射機(jī)已經(jīng)整機(jī)出口到德國(guó)了�！鼻爻擅髡f(shuō)道。

該加熱系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)還可拓展應(yīng)用于運(yùn)載推進(jìn)、半導(dǎo)體、醫(yī)療健康、電子科技等領(lǐng)域。未來(lái)，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。（張玉蓮 李康佳 孫悅）