中国科学院合肥物质科学研究院

　　所处阶段：小试 

　　成果来源：等离子体物理研究所 

　　必要性及需求分析: 

　　能源短缺以及现在化石能源使用过程中带来的环境污染是困扰人类社会持续稳定发展的关键问题之一。核聚变能是资源无限、清洁安全的理想能源，是目前认识到的最终解决人类能源问题的最重要的途径之一。氘氚核聚变反应的原料是氘（从海水中提取）和锂（可产生氚），在地球上藏量极为丰富。反应产物是没有放射性的氦，不存在温室气体排放问题，不污染环境；聚变中子对堆结构材料的活化也只产生少量短寿命放射性物质。聚变反应堆本身是安全的，没有核泄漏、核辐射等潜在威胁。因此，核聚变能源被认为是人类未来的永久能源，研究核聚变、开发核聚变能具有极其重大的科学意义和战略意义。国际上对核聚变的研究已持之不懈地进行了半个多世纪，并取得了突破性进展,现已进入可以开始建造实验聚变堆的阶段。 

　　管内电缆导体（Cable-in-Conduit Conductor，CICC）是Hoening等人在提出CIC概念基础上不断演变发展后得到广泛应用的。经过多年的发展，CICC导体的发展取得了长足的进步。今天的CICC导体具有良好冷却、高电压绝缘、大电流、低损耗、多股绞缆等优点。因此，中国的国家大科学工程项目EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）、中国聚变工程实验堆(CFETR,China Fusion Engineering Test Reactor)、印度的SST-1（Steady Statc Tokamak-1）、韩国的K-STAR（Korean Superconducting Tokamak Advanced Research）以及ITER（International Thermal Nuclear Experimental Reactor）等超导核聚变实验装置上都采用了CICC导体。 

　　 对超导CICC导体进行结构分析,深入研究和发展CICC集成的关键工艺,能满足国内外超导CICC的需求,对整个制造过程进行总结分析,将各种形状的超导CICC制造工艺形成完整的工艺链,可为大型超导磁体的研制提供可靠的技术支撑；通过CICC超导项目的研制，全面掌握大型超导磁体的设计和研制技术，为将来中国建设自己的核聚变反应堆奠定基础。并有利于推动超导技术在电力工业（如大型超导贮能电站，核聚变反应堆）、科学研究（如大型高能物理的加速器磁体，核磁共振谱仪磁体，强场磁体，宇宙暗物质探测磁体等等）等各方面的广泛应用。 

　　目标及主要任务: 

　　（1）目标 

　　通过深入研究和发展CICC集成的关键工艺,完善超导CICC生产线，逐步全面掌握大型超导磁体的设计和研制技术，为将来中国建设自己的核聚变反应堆奠定基础，全面履行我国参加ITER计划所承担的任务和实物贡献；参加ITER装置建设运行和实验。 

　　以国际合作为契机，提升我国聚变研发水平。消化、吸收，掌握ITER计划现有的成果；加强国内相应聚变技术的研究和创新；形成一支高水平的聚变研发队伍。到2020年使我国有能力设计和研制DEMO，有能力开发ITER技术的直接应用，使我国核聚变能研究开发水平进入世界先进行列。 

　　（2）主要任务 

　　开展强磁场、大电流、高稳定性的导体结构设计研究； 

　　深入研究和发展强磁场、大电流、高稳定性的多种材料的CICC导体集成的关键工艺。 

　　现有工作基础: 

　　等离子体物理研究所拥有国际上首个全超导非圆截面可实现单双零偏滤器位型放电的托卡马克装置-EAST装置，具有类似ITER乃至未来聚变堆的结构和概念，能实现高参数稳态运行。在EAST及ITER超导导体的研发过程中积累了诸如超导股线、导管制造、超导电缆绞制、穿管线、导管焊接、电缆插入、导体缩径、导体收绕、无损检测等技术和设备。拥有的相关技术设备及平台的基本情况： 

　　（1）大型超导磁体实验平台 

　　在EAST大科学工程和科学院知识创新工程支持下，于2002年建成全国最大、处于世界一流水平的大型超导磁体实验平台。实验平台拥有超导电工、低温工程、高功率脉冲电源技术、真空技术、失超探测及保护技术、技术诊断及数据采集技术等多学科综合技术。 

　　（2） 超导股线测试装置 

　　 已建成超导股线测试装置，装置主要部件有：磁体杜瓦及背场磁体，样品变温杜瓦，样品电源及测量和数据采集系统等。 

　　（3） ITER CC导体短样性能测试实验平台 

　　等离子体所在ITER专项基金的支持下，建成能够用于测试ITER CC导体短样性能测试的实验平台。目前该平台已经完成工程调试，最高测试磁场达5T，最高样品电流可达58kA，已经完成国内首个ITER CC导体短样的直流性能测试，测试结果与瑞士Sultan实验室非常吻合，实验条件已达到国际水平。 

　  （4）高温超导电流引线测试平台 

　　高温超导电流引线测试平台及CICC导体接头测试平台，为发展等离子体物理研究所在高温超导电流引线以及CICC导体接头中的关键技术，建有高温超导电流引线以及CICC导体接头测试平台。其中高温超导电流引线测试平台已完成所有EAST电流引线的测试任务，目前正在对改造后的EAST电流引线进行测试；CICC导体接头测试平台完成ITER CC导体接头的技术认证。 

　　（5）ITER超导导体集成平台 

　　等离子体所已经建成占地面积4000m2 的超导导体集成车间及三条1000 m 室外传输线。导体集成包括导管焊接，焊缝的无损检测，穿缆，导体成型和收缆，导体性能的总体检测，导体的包装和运行等。 

　　预期经济和社会效益: 

　　超导项目的研制有利于全面掌握大型超导磁体的设计和研制技术，为将来中国建设自己的核聚变反应堆奠定基础。同时通过发展大型超导磁体技术将推动超导技术在电力工业（如大型超导贮能电站，核聚变反应堆）、科学研究（如大型高能物理的加速器磁体，核磁共振谱仪磁体，强场磁体，宇宙暗物质探测磁体等等）、国防（如舰船推进磁体，扫雷磁体，强脉冲贮能磁体等）等各方面的广泛应用。 

　　开发超导技术是国家战略需求之一，与经济发展、科技进步和国防安全都是密切相关的。建立大型超导综合技术，为超导技术在未来核聚变堆、超导储能电站、高能强子加速器、电力系统及国防科技的应用上发展具有我国自主知识产权的关键技术，保证大型EAST超导核聚变实验装置、45 T强磁场装置、百MJ级超导储能装置的可靠稳定运行及ITER聚变装置和下一代聚变示范堆建造提供技术支持。 

　　实施方式/模式： 

　　本项目采用的主要研究方案是：在现有技术的基础上通过与国内企业及科研院所合作，并积极引进国际先进技术，共同发展CICC导体制造的技术。 

　　扩建和新建超导股线测试实验室、材料低温下机械性能实验室、导体测试实验室，推动高性能超导材料和导体技术的发展。 

　　与国内电缆企业合作，发展不同材料的超导电缆技术。 

　　与国内钢铁及钢管制造企业合作，共同发展满足高温热处理、低温高载荷的不锈钢材料。 

　　升级或优化导体集成关键装备，发展强磁场、大电流、高稳定性的多种超导材料的CICC导体制造技术。