人造太陽棟樑之材—鎢

7月5日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子物理研究所日前宣佈EAST在相繼完成了輔助加熱、鎢偏濾器、等離子體物理診斷等系統的升級改造後，我國的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（中文名為東方超環，簡稱EAST）在全球首次實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行，創造了新的世界紀錄。

鎢偏濾器是什麼，許多與鎢長年打交道的人或許沒聽說過，但是，當你看到“太陽”，你就應該想到它溫度一定有非常高，那麼人造太陽也必須用到耐高溫的金屬材料，說到最耐高溫的金屬，舍鎢其誰。

國際熱核聚變實驗堆（ITER ）採用氘-氚運行，氘氚核聚變反應不僅可以釋放巨大能量，還沒有放射性，是未來最清潔最高效的能源。氘在海水中儲量極為豐富，一公升海水裡提取出的氘，在完全的聚變反應中可釋放相當於燃燒300公升汽油的能量。但是，若要求氘、氚混合氣體中能產生大量核聚變反應，則氣體溫度必須達到1億度以。在這樣高的溫度下，氣體原子中帶負電的電子和帶正電的原子核已完全脫開，各自獨立運動，這種完全由自由的帶電粒子構成的高溫氣體被稱為"等離子體"，20世紀70年代開始，蘇聯科學家發明了環流器，是一個由環形封閉磁場組成的"磁籠"。

氘、氚在高溫下產生聚變，就必須在環流器內進行，幾百萬，幾千萬至上億的溫度，那環流器就必須由耐高溫的金屬來強化。眾所周知，鎢是金屬界最耐高溫的王者，其極限溶點在3430℃，同是還具有優良的導熱性能、低的熱膨脹係數、低濺射產額和高自濺射閾值、低蒸氣壓、低的氚滯留性能以及低活性等優點，被認為是未來聚變堆裝置規模化應用中最有可能使用的面對等離子材料。

鎢在環流器中的主要功能零件就是鎢偏濾器，鎢偏濾器的作用是什麼？在托卡馬克中，為了獲得純淨的熱核聚變等離子體，必須對雜質進行有效控制。對雜質的拉制主要是控制雜質在器壁表面的產生、雜質流入主等離子體區及雜質從主等離子體中的流出問題。簡而言之，偏濾器的作用就是將等離子體與第一壁進行隔絕並且對流入雜質進行遮罩，作為與高溫氣體直接接觸的金屬，沒有耐高溫的基本功怎行?

實際上，不僅是偏濾器使用鎢材料，從ITER第三階段後，用於內壁的碳和鈹材料也遭到了淘汰，所有的器壁材料都改成了鎢，這主要考慮到鎢材料低物理濺射率、高濺射閾值能量、產生雜質少等特點，即使現在，我國的下一代人造太陽CFETR，也仍設計以鎢做偏濾器和內壁的主材，因此說鎢是人造太陽的棟樑之材一點也不為過。

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