摘要：2025年10月13日，合肥科学岛传来重磅消息——聚变堆主机关键系统综合研究设施“夸父”（CRAFT）的偏滤器原型部件顺利通过专家组验收。这块看似不起眼的金属组件，能在20兆瓦/平方米的稳态热负荷下保持稳定运行，靶板精度误差不超过1毫米，不仅创下全球同类部件的

2025年10月13日，合肥科学岛传来重磅消息——聚变堆主机关键系统综合研究设施“夸父”（CRAFT）的偏滤器原型部件顺利通过专家组验收。这块看似不起眼的金属组件，能在20兆瓦/平方米的稳态热负荷下保持稳定运行，靶板精度误差不超过1毫米，不仅创下全球同类部件的性能纪录，更意味着中国为“人造太阳”打造的核心“盾牌”正式成型，核聚变商业化发电的梦想又迈过关键一关。

什么是聚变堆的“盾牌”？比太阳表面更严苛的战场

“人造太阳”的核心是核聚变反应：在数亿摄氏度的高温下，氢同位素原子核聚变生成氦，同时释放巨大能量。但这种能量过于猛烈，连熔点最高的金属钨在其面前都如同黄油般脆弱，而偏滤器就是守护反应堆安全的最后一道防线。

作为聚变堆堆芯稳态运行的“心脏瓣膜”，偏滤器承担着三重关键使命：排出聚变产生的氦灰等产物、导出堆芯80%以上的热量、阻挡杂质进入等离子体核心区。它的工作环境有多极端？20兆瓦/平方米的热负荷相当于每平方米面积上同时点亮200个家用电磁炉，比太阳表面的热流密度还要高出数倍。更棘手的是，它还要承受高能粒子的持续轰击，任何微小的损坏都可能导致整个反应堆停机。

此前，全球仅有少数国家能研制偏滤器部件，但普遍存在尺寸有限、热负荷耐受不足等问题。比如国际热核聚变实验堆（ITER）的偏滤器原型件，稳态热负荷能力约为15兆瓦/平方米，且采用的分段式结构存在维护不便的隐患。而中国此次验收的CRAFT偏滤器，不仅将热负荷耐受提升至20兆瓦/平方米，更实现了国际最大尺寸的一体化设计，彻底打破了技术瓶颈。

三大技术突破：中国“盾牌”的硬核实力

CRAFT偏滤器的成功绝非偶然，而是材料、设计、工艺三大领域协同创新的结果。中科院合肥物质科学研究院的科研团队用三年时间，攻克了一系列“卡脖子”难题，最终拿出了这款性能领先的原型部件。

在材料体系上，团队实现了全链条国产化突破。偏滤器的靶板采用钾钨合金，这种材料通过微量钾元素的掺杂，有效抑制了钨在高温下的再结晶现象，避免了材料脆化失效。而连接靶板与冷却系统的热沉材料，选用了自主研发的弥散强化铜，其导热性能是普通铜合金的3倍以上，能快速将热量导出。加上低活化钢构成的结构框架，三种核心材料共同构筑起耐高温、抗辐射的“防护网” 。

设计上的创新更具颠覆性。团队提出混合偏滤器-包层集成设计方案，将偏滤器与氚增殖包层有机融合，理论上能使氚增殖率提升3%以上。氚是核聚变的关键燃料，自然界储量极少，这一设计为实现“燃料自给自足”提供了全新路径，解决了制约核聚变商业化的核心瓶颈之一。同时，独特的平板结构与正面可拆装靶板设计，既保证了热负荷均匀分布，又实现了部件的快速更换，为未来反应堆的长期稳定运行提供了保障 。

工艺上的突破同样关键。科研人员开发出热等静压与钎焊+爆炸焊两条稳定工艺路线，能将钨靶板与铜合金热沉完美结合，界面结合强度比国际通用标准高出20%。这种工艺不仅确保了部件在极端环境下的结构稳定性，更实现了批量生产的可能，为后续工程化应用奠定了基础。

从科学岛到全球：中国聚变技术的全面领跑

CRAFT偏滤器的突破，是中国核聚变研究“多点开花”的缩影。作为合肥综合性国家科学中心的核心设施，CRAFT自2020年开工以来，已在多个关键系统取得进展。早在2025年1月，其配套的超导直线等离子体装置就已建成运行，该装置能产生密度超过10²⁴/平方米·秒的等离子体，为偏滤器的性能测试提供了国际一流的实验环境 。

与此同时，中国的“人造太阳”家族不断壮大。2024年，东方超环（EAST）实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，创下托卡马克装置运行时间纪录；2025年初，成都惯性约束聚变装置实现了聚变输出能量的新突破。从磁约束到惯性约束，从基础研究到部件研制，中国已构建起完整的核聚变研究体系，形成了与美国、欧盟并驾齐驱的格局。

对比国际同行，中国的优势更体现在“产学研用”的协同效率上。当欧美国家还在为ITER部件的交付延迟争论时，中国已实现偏滤器技术的自主可控，并开始探索产业化应用。更值得关注的是，CRAFT的相关技术已开始向民用领域渗透：耐高温的钾钨合金已应用于航空发动机涡轮叶片，弥散强化铜材料被用于新能源汽车的高压充电桩，低活化钢则在医用加速器上实现了批量应用，真正做到了“一项突破，多点赋能”。

离点亮万家灯火还有多远？30年倒计时启动

尽管偏滤器的突破意义重大，但核聚变商业化仍有漫长的路要走。科研人员坦言，目前的原型部件还需经过长期运行验证，要实现真正的工程化应用，还需解决寿命提升、成本控制等问题。不过，这一突破已让商业化时间表变得更加清晰。

按照中国核聚变发展路线图，CRAFT将在2030年前完成所有关键系统的验证，随后启动示范堆建设。示范堆预计在2040年前实现并网发电，到2050年左右，商业化聚变电站有望进入寻常百姓家。届时，只需几克氘氚燃料就能满足一个家庭一年的用电需求，且不产生温室气体和高放射性废料，彻底改变人类的能源结构。

值得期待的是，中国的聚变技术正加速走向国际合作。CRAFT已与ITER组织签署技术合作协议，其偏滤器的设计经验将为国际项目提供参考。同时，中科院等离子体所正与俄罗斯、巴基斯坦等国合作建设小型聚变实验装置，推动聚变技术的全球化发展。

从合肥科学岛的实验室到未来的商业电站，偏滤器这面“中国盾牌”的诞生，不仅标志着中国核聚变技术进入世界领先行列，更为人类应对能源危机提供了全新希望。正如参与验收的院士所说：“这不是一块普通的金属部件，而是人类通往清洁能源新时代的钥匙。”30年后，当聚变电灯照亮千家万户时，我们或许会记得2025年的这个秋天，中国科学家在科学岛上迈出的关键一步。

来源：智能学院