科技日报：太钢：为国际“人造太阳”计划造“骨架”

目前，我国科学家正在积极参与国际大科学科技合作项目“人造太阳”计划。作为不锈钢产能全球第一的太原钢铁（集团）有限公司，决心成为最好和最重要的不锈钢材料供应商。

高起点瞄上大计划

“人造太阳”全称“国际热核聚变实验反应堆”，简称“ITER”，是目前仅次于国际空间站的国际大科学科技合作项目，旨在实现可控的核聚变反应，为人类提供可持续清洁能源。“人造太阳”的核心温度达上亿摄氏度。

我国作为7个成员方之一，与欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和印度共同实施这个项目。作为不锈钢产能全球第一的太原钢铁（集团）有限公司，则承担了“人造太阳”中关键装置所需的多种特殊不锈钢材料的研制。今年年初，其产品通过国际认证，向ITER计划小批量供货。

核聚变原理并不复杂：当两个质量较轻的原子核聚合为一个较重的新原子核时，大量电子和中子能够逃离原子核束缚，带来巨大能量。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚。氘在海水中储量极为丰富，1公升海水里提取的氘，在完全聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。核聚能理所当然成为无污染、无放射性核废料、资源无限的理想能源。

太钢军工与核电产品开发业务部项目经理张宝林与“人造太阳”第一次结缘是在2007年。中科院的一位研究员问他，太钢能否制造“人造太阳”需要的一种外方内圆的异型钢管。张宝林说，常见钢管要么圆要么方，这种奇怪的钢管冶炼成分、公差精度、探伤要求等各项技术参数复杂、高难、严苛，极其难以实现。太钢科研团队遇到了前所未有的挑战，一些人出现了畏难情绪。但太钢领导却异常清醒地认识到，参与ITER计划是太钢重大发展机遇，太钢决心成为ITER计划中最好和最重要的不锈钢材料供应商。

高要求体现竞争力　　聚变反应，说来容易做起来难。两个轻核聚合成重核需要超高温度和压力，这对太阳来说很容易。太阳中心的温度高达1600万摄氏度，而且自身重力大，既有高温又有高压，核聚变能持续发生，从而不断释放能量。然而，在地球上模拟太阳，需要把温度提升到上亿摄氏度，在如此超级高温下，混合了氘、氚的气体原子中带负电的电子和带正电的原子核完全脱开，各自独立运动、持续碰撞才能产生核聚变反应。

如何绝对避免高温等离子体逃逸？在超级高温下，任何固体材料都将“灰飞烟灭”。科学家设计出一种名为“托卡马克”的环形容器。张宝林打比方说，超导磁体线圈产生的超强磁场编织成一个密不透风的“磁笼子”，利用磁力线把高温等离子体约束在有限的容积内进行环形循环，完全不与“人造太阳”的腔壁接触，氘、氚气体加热到上亿摄氏度后产生核聚变，输出能量。

我国承担“人造太阳”计划中的12个采购包任务，要用到大量要求极高的不锈钢产品。这些产品不仅要在常温下检测各项指标合格，更要在接近绝对零度（-273℃）下符合标准。其工作介质为液氦，在-269℃的超低温下电阻为零形成超导，在超导状态产生超强电流，从而形成强大磁场。“冰火两重天”，要求不锈钢产品具有不一样的品质。

高难度填补多空白

“国内没有相关经历借鉴，也没有人见过国外如何采用挤压技术生产这些异型产品，而且厂里的设备也是用于生产圆形钢管，我们毫无经验所取。”太钢不锈钢管公司总工程师康喜唐说，“当时拿起图纸一头雾水，看着上百页英文资料，无从下手。”

以ITER计划校正场采购包用L型钢的研发为例，L型钢是含氮不锈钢，硬度很高，挤压加工时，用力不足不能成型，用力过猛，又很容易发生闷车现象，挤压物随时变成飞行炮弹，击穿厂房，发生安全事故。如何把握温度控制和变形过程，把挤压力控制在设备允许范围内，是一个大的挑战。康喜唐和团队伤透了脑筋，他们废寝忘食、夜以继日地研究和改善生产工艺参数，优化工模具设计和制作，严密控制生产过程中各环节的具体操作，反复试验。半年后，L型钢研制成功。

这些年来，太钢为核聚变和核裂变研制出L型、U型、T型、H型钢矩形管等一大批产品，形成一系列具有自主知识产权的核用不锈钢异型材生产技术，屡次获得重大技术突破，填补了多项国内和国际空白，目前已获冶金科技成果奖2项，获国家授权发明专利10项。

高水准选用太钢造

“人造太阳”的材料采购主要分为四个阶段：研发、国际认证、小批量生产和批量生产。目前太钢制造的复合板材、不锈钢板材和挤压异型材已经通过国际认证。国际专家认为，其技术指标达到了ITER计划采购规范要求，有的指标甚至大大超过原来的设计要求。今年年初，磁体支撑、校正场线圈、磁体馈线等采购包相继进入小批量采购阶段，它意味着，太钢产品已经跃升到“人造太阳”新阶段，未来的核聚变领域将有越来越多太钢产品。

截至目前，中国科学家已经攻克了中国采购包任务中遇到的所有技术难关。我国交付ITER计划的部件实现了100%国产化，且全部一次性合格，按期交付。张宝林说，“人造太阳”要经过实验堆、示范堆、商业堆三个阶段，这个过程前后大约需要50年时间。（2017-06-01）