等离子体所首件仿星器高温超导三维Dummy线圈研制完成

近日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所(以下简称“等离子体所”)联合合肥曦合超导科技有限公司(以下简称“曦合超导”)在先进仿星器高温超导三维线圈研制方面取得重要突破。该研究完成了先进仿星器的物理设计与高温超导三维线圈关键技术研发与制造工艺全流程验证，打通了先进仿星器装置从物理设计到核心部件工程化制造的核心技术路径。该研究得到安徽省重点研究与开发计划项目与等离子体所配套项目的资助。

仿星器通过三维非轴对称磁场实现无等离子体电流稳态运行，天然规避了等离子体电流带来的破裂风险，但其对磁体系统的三维几何与制造精度提出了极为苛刻的要求。在本次联合攻关中，等离子体所团队全面规划整体技术路线，在物理设计层面主导完成了大半径2米、等离子体中心磁场达5T的高温超导先进仿星器物理设计方案和三维线圈设计方案。其中关键物理参数达到芯部α离子损失小于0.4%，线性气球模不稳定的比压极限大于4.2%，新经典输运的有效波纹度小于10⁻³，标志着各项核心指标均达到国际先进水平。同时团队共同完成了磁体线圈最高磁场达16T的高温超导线圈详细工程设计，全面论证了关键参数、线圈结构方案、导体选型及工艺路线等核心环节，为后续超导线圈的工程研制奠定了坚实的理论基础。

传统大型超导线圈绕制多为平面或规则三维线圈，绕制生产线仅支持二维平面绕制。针对仿星器非规则三维线圈的研制需求，曦合超导团队综合考量超导电缆在3D连续弯绕中的空间扭曲控制，成功攻克了复杂轮廓线圈绕制过程中铠装导体连续、无张力、在线解析及精密成形等技术难题。通过联合攻关，顺利完成CORC超导缆(铜管)测试及专属绕制产线的搭建，成功完成一个6饼共计60匝的CICC型仿星器高温超导三维Dummy线圈的绕制成形、VPI及低温测试工作。该线圈为1:1原尺寸线圈，周长约为13米，平均半径约1.6米，为了降低研发成本，采用高温超导CORC电缆与哑缆混合填充的方式对高温超导三维绕制成型工艺进行探索和检验。测试数据显示，其整体轮廓度优于±1.5mm，线圈盒截面误差≤±1mm，绕制前后导体截面变化≤0.1mm，且绕制后导体Ic(临界电流)保留率≥95%。该Dummy线圈的降温与通电测试均实现“一次性成功”。通过选用CICC型导体，利用聚变装置级长期验证过的结构路线，提前进入对一致性、可制造性与装置交付接口要求更严格的工程体系，为后续仿星器高温超导装置规模化复制与系统集成打下了坚实的工程基础。

此次先进仿星器三维高温超导Dummy线圈的研制与测试成功，验证了复杂三维仿星器线圈全工艺链条的可靠性，标志着我国在先进仿星器核心部件的自主制造能力上迈出了实质性的一步。未来，等离子体所将继续携手国内合作单位，持续推动我国先进磁约束聚变研究迈向更高水平，为国家未来清洁能源发展贡献科技力量。