摘要：科学最前沿的竞争往往在于那些看不见的技术壁垒，而中国科学院合肥物质科学研究院的团队用五年时间，悄悄击破了一个制约全球聚变能源发展的“卡脖子”难题。

科学最前沿的竞争往往在于那些看不见的技术壁垒，而中国科学院合肥物质科学研究院的团队用五年时间，悄悄击破了一个制约全球聚变能源发展的“卡脖子”难题。

9月11日，聚变堆主机关键系统综合研究设施项目（CRAFT）的关键子系统——离子回旋加热系统（ICRF）顺利通过专家组验收。这标志着我国在高功率射频加热技术领域取得新突破，攻克了离子回旋加热系统核心技术瓶颈，实现该系统全链路国产化与自主可控。

01 什么是离子回旋加热系统？

离子回旋加热系统是核聚变装置中用于加热等离子体的关键设备，其功能是将等离子体加热至上亿摄氏度的高温，从而实现核聚变反应。

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所CRAFT离子回旋加热系统负责人秦成明解释说：“离子回旋加热的原理是射频波的频率与离子在其运动轨道上的回旋频率相匹配，离子吸收射频波的能量，导致其速度增加，进而加热等离子体”。

他打了个生动比方：如果把等离子体中的磁场看作“环形跑道的围栏”，离子会沿着“围栏”做圆周运动，离子回旋加热就如同给“跑步的离子”精准传递“能量棒”，能量越高，等离子体温度越高。

02 技术突破：五年磨一剑的创新成果

研究团队历经五年技术攻关，突破了三大核心技术瓶颈。

首先是实现了兆瓦级电子四极管的研发和国产化。这种波源核心器件长期受国外垄断制约，现在我国已经掌握其自主研发和生产能力。

其次是创新设计多路大功率合成网络及低损耗传输器件，实现了40-80MHz宽频段的2MW功率、千秒量级稳定输出，完成了兆瓦级功率合成与传输。

第三是面向未来聚变堆的天线设计，能够耐受极端环境条件，将产生的射频波有效地耦合到等离子体中。

03 工程应用：从“跟跑”到“领跑”的跨越

这一技术突破使我国在高功率射频加热技术领域实现了从“跟跑”向“领跑”的跨越。

该系统具有2MW稳态功率输出、宽频带和千秒级长脉冲运行能力。这意味着它能够以2兆瓦的功率持续千秒量级的稳定输出，相当于2000个常规微波炉的功率。

该系统已经成功应用于EAST装置上的高功率测试，测试结果表明该器件的关键性能参数均达到国际先进水平。

04 多重价值：不止于聚变能源

离子回旋加热系统的成功研制带来了多重价值。在能源领域，它直接支持了国家“双碳”战略实施。

该系统还可为BEST、CFEDR以及ITER等装置的离子回旋加热系统关键部件的设计提供研发与测试平台，为聚变能源发展提供重要支持。

令人惊喜的是，相关技术还可拓展应用于运载推进、半导体、医疗健康、电子科技等领域。团队自主研制的兆瓦级发射机已经整机出口到德国，实现了技术输出的突破。

05 风险与挑战：前行路上的障碍

尽管取得了重大突破，但离子回旋加热技术的发展仍面临一些挑战。

首先是技术成熟度需要进一步提升。研究人员坦言：“我们的努力方向是让它的加热功率更高、脉冲时间更长、运行更稳定，来支撑‘人造太阳’运行至更长时间”。

其次是工程化应用挑战。实验室成功只是第一步，真正应用于聚变堆还需要解决大规模制造、可靠性提升等一系列问题。

第三是国际竞争压力。虽然突破了技术垄断，但国际上其他聚变研究团队也在不断进步，需要保持创新势头。

06 市场前景：新能源技术的蓝海

离子回旋加热技术的市场前景十分广阔。在能源领域，随着全球对聚变能研究的重视，相关设备市场需求不断增加。

医疗设备领域可能成为重要市场。高功率射频技术在肿瘤治疗、医学成像等方面有潜在应用前景。

半导体制造工业也可能从中受益。高精度加热和控制系统在半导体工艺中至关重要，离子回旋加热技术可能带来突破。

此外，在运载推进领域，该技术可能为航天器推进系统提供新解决方案，开辟新的市场空间。

07 未来趋势：聚变能源的曙光已现

离子回旋加热系统的成功研制，为中国乃至全球聚变能源发展奠定了坚实基础。

未来趋势之一是技术迭代加速。研究人员已经着眼于开发更高功率、更长脉冲时间的系统，以支持“人造太阳”更长时间运行。

趋势之二是应用领域拓展。随着技术不断成熟，离子回旋加热技术可能会在更多领域找到应用场景，形成技术辐射效应。

趋势之三是国际化合作加深。中国技术的突破将为国际聚变研究项目如ITER提供支持，同时也可能吸引更多国际合作伙伴与中国开展合作。

这个曾长期被国外垄断的“卡脖子”技术如今被彻底攻克。国产离子回旋加热系统已经实现了40-80MHz宽频段的2MW功率、千秒量级稳定输出。

相关技术更已“沿途下蛋”，团队自主研制的兆瓦级发射机整机出口德国。这条自主创新之路，正引领中国能源革命走向新未来。

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来源：永不落的红黑心