摘要：如果这些 “废料” 和多余热量排不出去，堆在反应堆里，不仅会影响反应持续进行，还可能损坏反应堆本身。
中国 “夸父” 聚变设施，它研发的偏滤器原型部件，能稳稳扛住 20 兆瓦 / 平方米的稳态热负荷。
相当于每平方米的面积上，同时堆着两万个家用电暖器一起加热，换做普通材料早就融化成渣了。
而这个部件正是未来聚变反应堆的 “核心盾牌”。
它的突破直接让中国在可控核聚变领域，站到了国际领先的位置。
可能有人会问，偏滤器到底是个啥？
简单说它就是聚变反应堆的 “排废系统 + 防火墙”。
在聚变反应过程中，氘氚原子核碰撞会释放出巨大能量，同时还会产生氦原子、中子这些 “废料”。
如果这些 “废料” 和多余热量排不出去，堆在反应堆里，不仅会影响反应持续进行，还可能损坏反应堆本身。
偏滤器的作用就是及时把这些 “废料” 清走，把热量导出去，保证反应堆安全稳定运行。
但它的工作环境有多恶劣？
反应堆内部是数千万摄氏度的等离子体，还有强辐射、高能粒子轰击，普通材料根本扛不住。
之前国际热核聚变实验反应堆 ITER，在偏滤器技术上卡了不少年，热负荷承受能力和材料选择一直是难题。
而中国 “夸父” 团队这次拿出的偏滤器，不仅热负荷达到 20 兆瓦 / 平方米的国际领先水平，靶板表面的精度控制也做到了 1 毫米以内，这对反应堆安全运行至关重要。
更关键的是今年 8 月底，国内某核聚变研究所还公布了一个新进展：他们为 “夸父” 偏滤器配套的冷却系统，在模拟实验中连续运行了 120 小时，全程保持稳定。
要知道之前类似的实验，国际上最长的连续运行记录也才 80 小时。
这个冷却系统就像偏滤器的 “降温背心”，能把部件吸收的热量快速导走，它的长时稳定运行，直接为未来聚变堆的持续发电打下了基础。
能扛住这么极端的环境，背后是材料和设计的双重创新。
偏滤器用的核心材料是钨，它是目前已知熔点最高的金属，熔点能达到 3695 摄氏度，而且高温性能好，还不容易吸附氢同位素，特别适合做聚变堆部件。
但钨有个大问题，加工和焊接太难了，尤其是做大型复杂结构的部件，国际上一直没找到太好的办法。
“夸父” 团队不仅攻克了钨材料的加工难题，还用上了国产的钾钨合金。
这种合金比普通钨材料的抗冲击性强 30%，重量还轻了 15%，关键是实现了完全国产化，不用再依赖进口。
除了钨合金，部件里用到的弥散强化铜、低活化钢，也都是国产材料，这不仅降低了成本，还保证了供应链安全，不会被别人 “卡脖子”。
再看设计上的创新团队搞了个混合偏滤器包层集成设计，能提高氚的增殖率。
氚是聚变反应的重要燃料，但自然界里几乎没有，全靠人工制造，能不能实现氚的自给自足，直接影响聚变堆能不能持续运行。
这个新设计能让氚增殖率提升 3% 以上，虽然看起来不多，但对实现 “氚自持” 来说，是关键的一步。
还有靶板的设计，团队开发了三种可正面拆装的结构。
要知道偏滤器在长期高负荷运行后肯定要更换，但反应堆里有强辐射，人根本没法近距离操作。
之前国际上的偏滤器，更换的时候得先拆反应堆的外壳，又麻烦又危险，还耽误时间。
而中国设计的可正面拆装靶板，不用拆外壳，靠机械臂就能直接更换，大大简化了维护流程，提高了效率和安全性。
今年 9 月初，团队还专门做了一次模拟维护实验，用机械臂完成靶板更换，整个过程只用了 45 分钟，比国际上平均 120 分钟的更换时间快了一大半。
这次的技术突破，不光能推动聚变发电，还能延伸到其他领域。
比如航空航天领域，飞机发动机的叶片，工作时也要承受高温高压，“夸父” 团队研发的高热负荷材料，就能用到发动机叶片上，提高叶片的使用寿命和耐高温能力。
国内某航空发动机公司已经和 “夸父” 团队合作，把偏滤器的材料技术用到了新型发动机叶片的研发上，今年 9 月中旬刚完成了第一次地面试车，叶片的耐高温性能比之前提升了 200 摄氏度。
还有新能源汽车领域，动力电池在充电和放电时会发热，如果散热不好，不仅影响电池寿命，还可能引发安全问题。
偏滤器的冷却技术，经过改造后，能用到动力电池的热管理系统里。
现在国内有两家新能源车企，已经在测试这种新型散热系统，测试数据显示，用了新系统的电池，在连续快充时，温度能控制在 40 摄氏度以下，比传统散热系统低了 15 摄氏度，而且充电速度还快了 10%。
除此之外，高端医疗设备里的放疗仪器、工业电子产品里的大功率芯片，都能用到这次突破的高热负荷材料和散热技术，未来的应用场景特别广。
按照目前的进度，2030 年代建成自主聚变实验反应堆，2040 年代实现商业化应用，并不是遥不可及的目标。
未来当聚变发电真正走进生活，我们用上清洁又廉价的能源，回头看今天的突破，一定会觉得意义非凡。
【中国科学报】“夸父”偏滤器原型部件研制成功
2025-10-14 来源： 中国科学报 王敏 许铁军
来源：聆听史纪