鎢的應用領域：“人造太陽”發現新的高能量約束模式

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

全超導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受控核聚變的環形容器，由超高真空室、縱場綫圈、極向場綫圈、內外冷屏、外真空杜瓦和支撑系統六大部件組成，運行時需要超大電流、超强磁場、超高溫度（芯部溫度達到上億攝氏度）、超低溫度（綫圈溫度需降到零下二百多攝氏度）、超高真空等極限環境。

EAST運行原理是在真空室內加入適量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其産生等離子體，然後提高其密度和溫度使其發生聚變反應，反應過程中會産生巨高的溫度、衝擊力和輻射能力等能量。

由于EAST的運行條件極爲苛刻，所以也就給裝置的設計、製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製造。

鎢銅合金憑藉著高熔點、高密度、良好的高溫强度、優异的塑性、耐燒蝕和耐衝擊等優點，成爲製造偏濾器的優選材料。鎢銅偏濾器的作用是將等離子體與第一壁進行隔絕，幷且對流入雜質進行屏蔽。

面向等離子體材料是指在“人造太陽”內直接面向高溫等離子體，用來保護第一壁和鎢銅偏濾器的部件，應具備良好導熱性、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製作。納米孔道鎢薄膜不僅具有優异的熱力學和化學等性能，還有較大的比表面積，能自動實現氦原子的吸收釋放作用。

另外，實現高性能等離子體穩態運行也是未來核聚變堆必須解决的問題之一。此次，中科院合肥物質科學研究院研究者發現的新高能量約束模式，能顯著提高能量的約束效率，具有芯部無雜質積累，便于聚變反應生成物排出，維持平穩溫度台基等優點，幷實現了芯部高約束與邊界不穩定性的兼容，保證了長時間尺度上的高性能等離子體運行。相關成果已于2023年1月7日發表在國際學術期刊《科學進展》上。

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