科技日報記者 劉園園
去年5月，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置（“東方超環(huán)”）傳來捷報：實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒等離子體運(yùn)行和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，再次創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。
有“人造太陽”之稱的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”運(yùn)行條件極其嚴(yán)苛。裝置中的偏濾器所扮演的角色就像汽車發(fā)動機(jī)的排氣口，核聚變反應(yīng)的產(chǎn)物需要通過偏濾器排出去。偏濾器不斷承受最為嚴(yán)酷的高溫和粒子流的沖擊，瞬態(tài)高溫比火箭噴射的火焰溫度還要高。
“東方超環(huán)”的偏濾器由中國鋼研科技集團(tuán)有限公司（以下簡稱中國鋼研）所屬安泰科技股份有限公司（以下簡稱安泰科技）研制。法國超導(dǎo)托卡馬克裝置（WEST）所采用的偏濾器也由這家企業(yè)獨(dú)家供貨，同時該企業(yè)還是國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）鎢銅偏濾器的關(guān)鍵供應(yīng)商。
以下是一個自主研發(fā)、突破關(guān)鍵技術(shù)，從跟跑、并跑到實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑的“逆襲”故事——
“東方超環(huán)”反應(yīng)室（圖片由中國鋼研提供）
鎢銅復(fù)合，偏濾器最理想的材料
早期核聚變裝置主要采用石墨偏濾器，但不能滿足高參數(shù)運(yùn)行的要求?！翱茖W(xué)家們逐漸把目光投向鎢這種最耐高溫的金屬，并認(rèn)為鎢銅復(fù)合組件是核聚變裝置偏濾器最理想的選擇?！卑蔡┛萍佳邪l(fā)人員秦思貴說。
作為最耐高溫的金屬材料，鎢的熔點(diǎn)是3400多攝氏度，在上億攝氏度高溫之下會熔化甚至揮發(fā)。用鎢包裹著銅，銅的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，銅管里再使用冷卻水迅速把熱量帶走。這樣，鎢銅復(fù)合材料就能長時間經(jīng)受高溫等離子體的沖擊。
如何實(shí)現(xiàn)鎢銅復(fù)合的無縫銜接是關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。當(dāng)初，面對國外技術(shù)壁壘，“東方超環(huán)”找到了國內(nèi)在高溫難熔金屬領(lǐng)域首屈一指的研發(fā)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)——中國鋼研，并提出了研發(fā)鎢銅偏濾器的需求。
從2008年開始，中國鋼研所屬安泰科技開啟了鎢銅偏濾器的研制之路。
中國鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件（科技日報記者 劉園園 攝）
經(jīng)歷多次失敗，中間幾乎要放棄
說易行難。安泰科技研發(fā)人員史英麗告訴記者，從材料研發(fā)、復(fù)合連接到無損檢測，都是從零開始。研發(fā)沒有說明書和“避坑指南”。項(xiàng)目組只能不斷嘗試和試驗(yàn)，干起來不分白天黑夜。
史英麗對當(dāng)時的研發(fā)過程記憶深刻：一次不行，再來一次。失敗后就分析原因，找問題，攻克一個問題，又衍生出新問題。白天搞研發(fā)，晚上頭腦風(fēng)暴。在很長一段時間內(nèi)，整個項(xiàng)目組除了睡覺之外幾乎沒有休息。
“中間幾乎覺得要放棄了?！苯?jīng)歷五六輪失敗后，史英麗心里冒出一個聲音：項(xiàng)目是不是進(jìn)行不下去了？
在最艱難的時刻，公司領(lǐng)導(dǎo)也加入分析討論，根據(jù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)提出各種方法，對項(xiàng)目組進(jìn)行啟發(fā)和鼓勵：“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了突破，只是還有些不穩(wěn)定因素，能行的?！贝蠹覉猿至讼聛?。
最終，項(xiàng)目組充分發(fā)揮公司在金屬材料和金屬擴(kuò)散連接方面的技術(shù)、設(shè)備和產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“兩步熱等靜壓擴(kuò)散焊接”金屬復(fù)合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鎢銅復(fù)合組件高質(zhì)量異種材料連接。
“相當(dāng)于我們用三四年的時間，走完了人家十幾二十年的研發(fā)路程?！笔酚Ⅺ惛袊@。研發(fā)人員熊寧補(bǔ)充說，項(xiàng)目組不但用很短的時間完成了前期研發(fā)，而且用比國際同行更快的時間實(shí)現(xiàn)了高性能核聚變用鎢材料和鎢銅復(fù)合組件的批量生產(chǎn)。
中國鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件2（科技日報記者 劉園園 攝）
復(fù)合零缺陷，百分之百無縫銜接
從材料到組裝，前前后后108道工序，項(xiàng)目組研發(fā)出的鎢銅偏濾器巧妙滿足了核聚變裝置的苛刻要求。
“我們做到了鎢銅復(fù)合零缺陷，就是百分之百的無縫銜接。因?yàn)椴牧侠锩嬷灰幸粋€缺陷，在核聚變裝置如此高溫、苛刻的環(huán)境下，都會快速導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失效。”熊寧說。在研發(fā)基礎(chǔ)上，中國鋼研旗下機(jī)構(gòu)和企業(yè)協(xié)同合作，形成一條從材料制備、復(fù)合連接到加工制造、無損檢測的完整產(chǎn)業(yè)鏈，在國際上率先實(shí)現(xiàn)了聚變用鎢銅偏濾器的批量化生產(chǎn)。
2014年，“東方超環(huán)”在全球率先把核聚變裝置上的石墨偏濾器更換為鎢銅偏濾器。當(dāng)年，“東方超環(huán)”就創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。經(jīng)過幾年溝通、驗(yàn)證，2018年中國鋼研所屬安泰科技成功拿到了WEST項(xiàng)目的制造合同，開始向歐洲出口。
中國鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件3（科技日報記者 劉園園 攝）
20年前，就已盯準(zhǔn)這個研發(fā)方向
為全球主要核聚變實(shí)驗(yàn)裝置鎢銅偏濾器供貨，對于培養(yǎng)了12位院士的中國鋼研來說絕不是運(yùn)氣和偶然。
“能在全世界把技術(shù)做到領(lǐng)先，需要用敏銳的科技目光看到社會發(fā)展需求，提前在戰(zhàn)略上有所準(zhǔn)備?！敝袊撗锌偨?jīng)理李波接受科技日報記者采訪時說，公司在20年前就已盯準(zhǔn)可控核聚變方向，認(rèn)為這將是全球能源發(fā)展新趨勢，中國鋼研應(yīng)該發(fā)揮自己的優(yōu)勢融入其中。
緊盯技術(shù)發(fā)展前沿，瞄準(zhǔn)國家戰(zhàn)略需求，解決冶金行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)，這種定位從原鋼鐵研究總院（中國鋼研的前身）1952年成立之時起，就已深深地刻在其基因之中。
李波告訴記者，如今為支撐材料強(qiáng)國建設(shè)，中國鋼研的自身定位也在拓展和升級：從重視冶金流程和冶金工藝到越來越重視冶金材料品種的開發(fā)，通過金屬材料助力國家高端裝備和重大工程發(fā)展。
中國鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件4（科技日報記者 劉園園 攝）
“現(xiàn)在我們的金屬材料研發(fā)已經(jīng)涵蓋國民經(jīng)濟(jì)各大重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)從超低溫金屬到耐高溫金屬基礎(chǔ)材料體系全覆蓋?！崩畈ㄗ院赖卣f。
從第三代汽車鋼到稀土永磁的組織調(diào)控技術(shù)，創(chuàng)新可謂是這家企業(yè)的“日?！?。對于創(chuàng)新，李波有一套自己的見解?！安荒転榱嗽瓌?chuàng)而原創(chuàng)?！崩畈ㄕJ(rèn)為，就央企而言，原創(chuàng)需要聚焦國家戰(zhàn)略目標(biāo)，強(qiáng)化任務(wù)戰(zhàn)略牽引，解決行業(yè)共性關(guān)鍵難題，推動行業(yè)重大進(jìn)步。不僅要形成原創(chuàng)理論，還要形成原創(chuàng)技術(shù)和原創(chuàng)產(chǎn)品，滿足市場需求，經(jīng)得住市場的檢驗(yàn)。
“過去70年我們一直是技術(shù)創(chuàng)新體系的國家隊(duì)和主力軍，未來我們將進(jìn)一步強(qiáng)化國家戰(zhàn)略科技力量的責(zé)任擔(dān)當(dāng)?！崩畈ㄕf。
點(diǎn)評 當(dāng)我們把目光投向創(chuàng)新和科研一線，會發(fā)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的含義瞬間具體、豐富起來，而絕非一句口號?？萍甲粤⒆詮?qiáng)要有目標(biāo)、有方向，瞄準(zhǔn)國家戰(zhàn)略需求，解決行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)；要有勇氣、有魄力，敢于在重重困難之中，走上自主創(chuàng)新之路；要有智慧、有策略，懂得運(yùn)用多年研發(fā)積累，進(jìn)一步碰撞出新的火花；要有毅力、有拼勁，再苦再累，也要把“硬骨頭”啃下去?！皷|方超環(huán)”鎢銅偏濾器的研發(fā)，就是這樣一個例子。
