作為四川省科技創新實力的代表，2019年度四川省科學技術獎獲獎項目如何改變人們的生產生活？
此次獲獎項目中聚變領域唯一一個一等獎——由四川大學等單位完成的多功能直線等離子體裝置研製及應用項目帶來了答案。
四川大學等單位研製的多功能直線等離子體裝置
該項目成功研製了多功能直線等離子體裝置，為偏濾器材料研究提供大面積高密度等離子體和高熱負荷的極端實驗條件，推動了我國在偏濾器服役環境模擬平臺領域從無到有的跨越式發展，是目前國際聚變領域參數最高、功能最完備的偏濾器綜合性研究平臺。據悉，該多功能直線等離子體裝置熱負荷比國際同類裝置提高了3倍，已產生直接經濟效益達到17243萬元。
先進在哪？
等效模擬驗證
國際聚變領域參數最高、功能最完備
人類從未停止過對更高效更清潔能源的探索，其中核聚變能被認為是終極選擇之一。“國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃”是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。而偏濾器是聚變堆裝置的核心部件之一，具有排熱、除雜的作用。
“偏濾器處於高密度等離子體、高熱負荷、高中子通量的極端環境，因此偏濾器材料/部件在極端環境下長服役壽命的安全運行，成為聚變堆設計和建造的主要技術挑戰之一。”四川大學原子核科學技術研究所芶富均教授介紹。
如何獲得適合的偏濾器材料/部件？由於託卡馬克裝置運行成本高，因此亟需建設等效模擬驗證平臺——直線等離子體裝置，模擬聚變堆環境，研究在極端服役環境下偏濾器材料/部件服役行為，建立相關數據庫，這對於指導佈局設計與製造、建立服役壽命的評估準則、降低建設風險都具有重要意義。
國際上現有模擬平臺參數低、性能單一，不能滿足中國聚變工程實驗堆偏濾器測試驗證的需求。芶富均教授自荷蘭基礎能源研究所從事多年研究工作回國後，在四川大學組建了先進核能實驗室，一直致力於研究直線等離子體裝置，為偏濾器材料/部件研究提供大面積高密度等離子體和高熱負荷的極端實驗環境。
四川大學先進核能實驗室外景
該平臺自2010年開始創建，不斷創新突破，將直線裝置的等離子通量從1019/m2s量級逐步提高到1025/m2s量級，為目前國際聚變領域參數最高、功能最完備的偏濾器綜合性研究平臺，為我國自主開展聚變堆核心材料/部件研發、熱與粒子排除等關鍵問題研究提供了強大的技術支撐。
特點在哪？
體積小、能量大
等離子體通量達到1025/m2s量級
走進四川大學原子核科學技術研究所，一個1.2米長的藍色圓柱體映入眼簾，體積小卻蘊藏著大能量，這就是多功能直線等離子體裝置。該裝置包括核心部件——等離子體源，負責離化氣體，產生高密度等離子體環境以及可以提供真空環境的腔室，等離子體就在真空環境裡產生；在真空腔室外面，藍色的磁場屏蔽層內為磁場線圈，即高電流線圈，通電的時候，可以提供軸向的磁場，將產生的等離子體約束在特定的環境裡。
如何模擬聚變堆偏濾器等離子體環境？聚變堆環境很複雜、能量很高，能量怎麼來呢？芶富均研究團隊介紹，“主要是來自等離子體、熱負荷和中子。由於中子基本上可以穿透我們熟知的很多東西，包括鋼鐵和水泥等，並可以誘發元素嬗變，產生大量放射性物質，十分危險。所以實驗室僅針對等離子體、熱負荷，研製了高密度等離子體和高熱負荷耦合的聚變環境等效模擬平臺，即多功能直線等離子體裝置。”
多功能直線等離子體裝置通過結構改進、位型優化、材料改進、射流冷卻等，突破了高密度、長壽命等離子體源技術，實現了聚變堆高密度等離子體服役環境模擬，等離子體通量達到1025/m2s量級；研製了大面積高密度等離子體源陣列，滿足了偏濾器部件的輻照環境模擬；通過發展等離子體源歐姆加熱和多級源耦合技術，熱負荷比國際同類裝置提高了3倍。同時，提出了同時具備高密度與高熱負荷的等離子體運行模式。
應用在哪？
為20多家單位提供服務平臺
在太陽能電池領域有非常廣的應用
“等離子體均勻性好、密度大，實驗室還將其應用推廣以發揮經濟社會生態效益。”實驗室研究團隊介紹，該項目研發的等離子體源技術被應用於加速器驅動臨界潔淨核能系統中超導腔等離子體清洗研究和超導膜鈮的等離子體增強化學氣相沉積。同時，為核工業西南物理研究院、中國科學院大學、清華大學、西南交通大學等20多家高校、研究院所、企業單位提供服務平臺。
“在太陽能電池領域，也有著非常廣的應用。”上述負責人介紹，現在的大量電池都是用PECVD法沉積的，由於四川大學等單位完成的多功能直線等離子體裝置密度很高、均勻性好，能夠提高電池的等離子體離化效率，可以讓電池沉積薄膜的時間更短，薄膜更均勻，從而提高工藝參數，近三年已為比亞迪公司等應用單位新增銷售額達16068萬元。同時，在醫療方面，實驗室與華西醫院等單位合作，讓等離子體在醫療領域方面發揮作用。
據統計，該實驗室等離子體源和直線裝置產生直接經濟效益達到17243萬元。為持續推動科技成果走向“生產線”，該平臺相關研究已獲得上海宏澎能源科技有限公司的關注，並在未來進行相關成果的產業轉化。
實驗室還有一臺更大的直線裝置。實驗室負責人介紹，這是一個2.0版多功能直線等離子體裝置。該裝置是實驗室與加拿大研究機構和上海宏澎能源科技有限公司合作的項目，將直線裝置的發展領域延伸到磁慣性約束聚變的研究。
“國際上現在最主流的聚變方法是磁聚變和慣性聚變，我們在2.0版多功能直線等離子體裝置上正在進行一種磁慣性約束聚變方法的探索，這是一種結合二者優勢的新的聚變方法。”上海宏澎能源科技有限公司相關負責人介紹，與傳統方法相比，磁慣性約束聚變需要較少的儲存能量和加熱功率即可達到聚變點火條件，對聚變能發展具有變革潛力。
（來源：成都日報）
