科技日?qǐng)?bào)記者 劉園園
去年5月，國(guó)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(lái)捷報(bào)：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(yáng)”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(dòng)機(jī)的排氣口，核聚變反應(yīng)的產(chǎn)物需要通過(guò)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(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)鋼研）所屬安泰科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱安泰科技）研制。法國(guó)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(shí)該企業(yè)還是國(guó)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(gè)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(guó)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。“科學(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(shuō)。
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(huì)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(zhǎng)時(shí)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(wú)縫銜接是關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。當(dāng)初，面對(duì)國(guó)外技術(shù)壁壘，“東方超環(huán)”找到了國(guó)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(guó)鋼研，并提出了研發(fā)鎢銅偏濾器的需求。
從2008年開(kāi)始，中國(guó)鋼研所屬安泰科技開(kāi)啟了鎢銅偏濾器的研制之路。
中國(guó)鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件（科技日?qǐng)?bào)記者 劉園園 攝）
經(jīng)歷多次失敗，中間幾乎要放棄
說(shuō)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(wú)損檢測(cè)，都是從零開(kāi)始。研發(fā)沒(méi)有說(shuō)明書和“避坑指南”。項(xiàng)目組只能不斷嘗試和試驗(yàn)，干起來(lái)不分白天黑夜。
史英麗對(duì)當(dāng)時(shí)的研發(fā)過(guò)程記憶深刻：一次不行，再來(lái)一次。失敗后就分析原因，找問(wèn)題，攻克一個(gè)問(wèn)題，又衍生出新問(wèn)題。白天搞研發(fā)，晚上頭腦風(fēng)暴。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，整個(gè)項(xiàng)目組除了睡覺(jué)之外幾乎沒(méi)有休息。
“中間幾乎覺(jué)得要放棄了?！苯?jīng)歷五六輪失敗后，史英麗心里冒出一個(gè)聲音：項(xiàng)目是不是進(jìn)行不下去了？
在最艱難的時(shí)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(duì)項(xiàng)目組進(jìn)行啟發(fā)和鼓勵(lì)：“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。”大家堅(jiān)持了下來(lái)。
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(shì)，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“兩步熱等靜壓擴(kuò)散焊接”金屬?gòu)?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(shí)間，走完了人家十幾二十年的研發(fā)路程。”史英麗感嘆。研發(fā)人員熊寧補(bǔ)充說(shuō)，項(xiàng)目組不但用很短的時(shí)間完成了前期研發(fā)，而且用比國(guó)際同行更快的時(shí)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(guó)鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件2（科技日?qǐng)?bào)記者 劉園園 攝）
復(fù)合零缺陷，百分之百無(wú)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(wú)縫銜接。因?yàn)椴牧侠锩嬷灰幸粋€(gè)缺陷，在核聚變裝置如此高溫、苛刻的環(huán)境下，都會(huì)快速導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失效?！毙軐幷f(shuō)。在研發(fā)基礎(chǔ)上，中國(guó)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(wú)損檢測(cè)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，在國(guó)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(guò)幾年溝通、驗(yàn)證，2018年中國(guó)鋼研所屬安泰科技成功拿到了WEST項(xiàng)目的制造合同，開(kāi)始向歐洲出口。
中國(guó)鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件3（科技日?qǐng)?bào)記者 劉園園 攝）
20年前，就已盯準(zhǔn)這個(gè)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(duì)于培養(yǎng)了12位院士的中國(guó)鋼研來(lái)說(shuō)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(huì)發(fā)展需求，提前在戰(zhàn)略上有所準(zhǔn)備。”中國(guó)鋼研總經(jīng)理李波接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)，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(shì)，中國(guó)鋼研應(yīng)該發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)融入其中。
緊盯技術(shù)發(fā)展前沿，瞄準(zhǔn)國(guó)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(guó)鋼研的前身）1952年成立之時(shí)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(guó)建設(shè)，中國(guó)鋼研的自身定位也在拓展和升級(jí)：從重視冶金流程和冶金工藝到越來(lái)越重視冶金材料品種的開(kāi)發(fā)，通過(guò)金屬材料助力國(guó)家高端裝備和重大工程發(fā)展。
中國(guó)鋼研所屬安泰科技研制的鎢銅復(fù)合組件4（科技日?qǐng)?bào)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(guó)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。”李波自豪地說(shuō)。
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(duì)于創(chuàng)新，李波有一套自己的見(jiàn)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(guó)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(dòng)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(chǎng)需求，經(jīng)得住市場(chǎng)的檢驗(yàn)。
“過(guò)去70年我們一直是技術(shù)創(chuàng)新體系的國(guó)家隊(duì)和主力軍，未來(lái)我們將進(jìn)一步強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。”李波說(shuō)。
點(diǎn)評(píng) 當(dāng)我們把目光投向創(chuàng)新和科研一線，會(huì)發(fā)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的含義瞬間具體、豐富起來(lái)，而絕非一句口號(hào)。科技自立自強(qiáng)要有目標(biāo)、有方向，瞄準(zhǔn)國(guó)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(gè)例子。
