青出于蓝，钨偏滤器为何取代碳偏滤器

国际热核聚变实验堆ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，整个被罩于一个大杜瓦中，坐落于底座上，构成实验堆本体。其装置中心是高温氘氚等离子体环，其中存在15兆安的等离子体电流，核聚变反应功率达50万千瓦，每秒释放多达1020个高能中子。

等离子体环在屏蔽包层的环型包套中，屏蔽包层将吸收50万千瓦热功率及核聚变反应所产生的所有中子。有学者提出，偏滤器主要作用是使等离子体与材料的相互作用在一分开的室中进行，将产生杂质的源与主等离子体分隔。这其中最关键的要求就是耐得住高温。

有学者认为偏滤器的材料应具有三项基本功。一是能沉积到表面的热量顺利带走并保证结构的安全可靠、减少应力；二是有给力的水冷结构能快迅将热量带走；三是能承受作用在偏滤器部件上的电磁载荷，并为真空室壁以及内线圈提供保护。这三点，不仅钨能做到，还有用于航天科技的碳纤维材料也行，可为什么科学家没有选择用碳纤维呢？

其实最早期，ITER用的就是碳纤维，从资料中了解到，ITER的首个偏滤器配备的是外层碳装置，因为碳纤维复合材料的溶点也很高，热抵抗性好、抗热疲劳性也好，还能够承受边界局域模、如果发生爆炸进入等离子体，偏滤器不会溶化。然而，碳的真正问题在于，它很容易和氢气发生反应。当研究人员准备采用真正的聚变燃料重氢时，碳涂层就会释放出放射性，变得十分危险，核监管机构永远不会考虑一个能够吸收超重氢的偏滤器材料。

于是，研究人员将目光转向了钨，钨是熔点最高的金属：3410℃。在正常、稳定操作ITER的情况下，钨能耐住高温。但是缺点是，如何任何出乎意料的爆炸而产生的热量可能熔化偏滤器，而钨不像碳那样能立即破坏等离子体，停止熔化。因此当第二阶段当ITER宣布改用钨制偏滤器时，有不少国家的科学家持反对态度。

虽然有不同的意见，但各国的ITER还是逐渐接受了钨偏滤器的设计。实践证明，钨偏滤器是可能胜任工作的。而且，钨偏滤器最大的优点就是在工作过程中不会产生辐射，如果ITER实验出现问题，研究人员不用再顾忌辐射伤害，而大胆地去查找问题，并及时派出人员修复。而且未来，如果当聚变反应堆真正进入能源应用领域时，环保持续性和安全性应该是被关注最多的问题，日本福岛核电站的前车之鉴就是一个惨痛的教训。

一个一百万千瓦电站需要50万吨煤，核电站需要30吨核燃料。同样级别热核聚变电站仅需要100公斤重水和锂。相比于目前的核电站，热核聚变是非常安全的，因为聚变的产物只是氦气。资源是无限的，同时又是清洁的，所以长期以来被科学家认为是未来人类终极能源。

2017年7月，经过多年研究，科研人员成功攻克了一批国际共性难题，在世界上首次实现了5000万度等离子体，持续放电101.2秒的高约束运行，实现了从60秒到百秒量级的跨域。100秒只是制造终极能源项目的“一小步”，今后，还将对EAST继续进行升级和优化。在EAST基础上，我国自主概念的下一代核聚变装置—中国聚变工程试验堆（CFETR）已于也在紧锣密鼓飞设计研究，未来中国将使用CFETR反应堆进行发电试验， 这或许才是中国人自己创造的人造太阳神话。

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