鎢的應(yīng)用領(lǐng)域：“人造太陽”發(fā)現(xiàn)新的高能量約束模式

近期，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究團隊利用全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）發(fā)現(xiàn)了一種新的高能量約束模式，并證明了該模式無需通過外部控制就可以確保等離子體穩(wěn)定運行，這對于國際熱核聚變實驗堆和未來聚變堆發(fā)展具有重要意義。

全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置，簡稱托卡馬克，俗稱“人造太陽”，是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器，由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內(nèi)外冷屏、外真空杜瓦和支撐系統(tǒng)六大部件組成，運行時需要超大電流、超強磁場、超高溫度（芯部溫度達到上億攝氏度）、超低溫度（線圈溫度需降到零下二百多攝氏度）、超高真空等極限環(huán)境。

EAST運行原理是在真空室內(nèi)加入適量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度和溫度使其發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生巨高的溫度、沖擊力和輻射能力等能量。

由于EAST的運行條件極為苛刻，所以也就給裝置的設(shè)計、制造工藝和材料方面提出了超乎尋常的要求。就材料方面而言，EAST的重要部件——偏濾器和面向等離子體材料（PFMs）都需要用難熔金屬鎢材料來制造。

鎢銅合金憑借著高熔點、高密度、良好的高溫強度、優(yōu)異的塑性、耐燒蝕和耐沖擊等優(yōu)點，成為制造偏濾器的優(yōu)選材料。鎢銅偏濾器的作用是將等離子體與*壁進行隔絕，并且對流入雜質(zhì)進行屏蔽。

面向等離子體材料是指在“人造太陽”內(nèi)直接面向高溫等離子體，用來保護*壁和鎢銅偏濾器的部件，應(yīng)具備良好導(dǎo)熱性、抗熱震性、耐熱性、抗輻照性和耐沖刷性等特點，適合用鎢基材料如納米孔道鎢薄膜來制作。納米孔道鎢薄膜不僅具有優(yōu)異的熱力學(xué)和化學(xué)等性能，還有較大的比表面積，能自動實現(xiàn)氦原子的吸收釋放作用。

另外，實現(xiàn)高性能等離子體穩(wěn)態(tài)運行也是未來核聚變堆必須解決的問題之一。此次，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院研究者發(fā)現(xiàn)的新高能量約束模式，能顯著提高能量的約束效率，具有芯部無雜質(zhì)積累，便于聚變反應(yīng)生成物排出，維持平穩(wěn)溫度臺基等優(yōu)點，并實現(xiàn)了芯部高約束與邊界不穩(wěn)定性的兼容，保證了長時間尺度上的高性能等離子體運行。相關(guān)成果已于2023年1月7日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》上。