中国新一代可控核聚变科学装置“中国环流三号”。新华社
它具有干预温度的能力，突破自然温度的限制，对人类的发展产生了深远的影响。火的使用甚至被视为人类文明进步的重要标志之一。它不仅极大地改善了人类的生理条件，而且促进了人类文明的发展。社会交往还引发了陶器的烧制和青铜、铁的冶炼，极大地促进了社会生产力的进步。进入现代社会后，人类干预和控制体温的能力显着提高。创新开发各种供暖、制冷技术，不断打破人工超高温、超低温记录，不断制备耐高温、耐低温新材料，推动能源发展。结构乃至人类的生产生活方式都发生了巨大的变化。
2024年，中国科技工作者将继续在温度控制与干预方面取得重大创新，不断创造和刷新“中国温度”记录，不断制备耐高温、耐低温新材料，展现创新活力中国科学技术的发展及其对科学技术进步的贡献。为人类福祉作出的杰出贡献。
推动“人造太阳”技术创新
创新可控核聚变技术，模仿太阳内部发生的核聚变反应，在地球上“造太阳”，获得源源不断的能源，是国际科学界自20世纪60年代中期以来一直致力于实现的目标。 20世纪80年代，并已为此实施了国际热核实验反应堆（ITER）项目。我国成为ITER计划成员以来，大力推进该计划，特别承担了约20个采购包的制造任务，涉及磁体支撑系统、磁体供料系统、供电系统、辉光放电清洁系统、气体注射。系统、核心关键部件如反应堆堆芯的“第一壁”可以承受极高的温度。
11月29日，中国企业生产的最新一批ITER组件——首批包壳屏蔽模块从广东广州发往法国。这是世界上第一个包壳屏蔽模块，标志着中国在聚变反应堆建设方面取得了进展。关键技术取得重要进展。包层屏蔽模块是ITER装置核心的核心部件，就像熔炉的“耐火砖”一样。保护真空室、外围设备和人员免受辐射危害，保证反应堆稳定运行。它是建造聚变反应堆的关键部件之一。
此次发运的模块产品由中国东方电气集团有限公司与中核集团西南物理研究所联合研发。在多年的发展过程中，双方联合科研团队全面攻克了高温真空环境下高精度氦检漏技术、单面焊接双面成型等一大批重大关键技术难题。不锈钢板技术.
在ITER安装工作中，中国在2024年也做出了重要贡献。2月29日，由中国核工业集团公司牵头的中法联合体与ITER组织正式签署真空室模块组装合同。继成功安装国际热核聚变实验堆“心脏”设备后，中国再次承担其核心设备安装任务。真空室模块总成是目前ITER项目关键路径上最重要的设备，对整个项目的成功起着至关重要的作用。
中国科学家在积极参与ITER项目的同时，也在自主设计研发大型可控核聚变科学装置，实现科研突破。 6月，我国下一代“人造太阳”项目“中国环流3号”项目传来喜讯。它在国际上首次发现并实现了先进的磁场结构，对于提高核聚变装置的控制和运行能力具有重要意义。这标志着中国在可控核聚变领域取得的重要成就，将进一步推动全球清洁能源技术的发展。
发现新型镍基高温超导材料
超导体，即超导材料，是指具有两种独立特性的超导体：绝对零电阻和在一定温度以下完全抗磁性。它们在电力传输、磁悬浮列车、医疗成像设备等领域具有非常广阔的应用前景。然而，长期以来，超导材料必须依靠极低温环境才能实现超导。寻找新型高温超导材料一直是科学家孜孜以求的目标。
今年7月和10月，国际学术期刊《自然》发表了两篇关于超导的重要论文。前者由三个中国团队完成，证实了氧化镍中压力诱导的体超导性。为人们认识高温超导机理提供了新的视角；后者由多个中外研究团队合作完成，发现在双氧化镍层钙钛矿材料中实现体高温超导，镍基高温超导体的结构起源揭示了。这一成果将进一步优化镍基高温超导体。设计与合成具有重要的指导作用，有望推动镍基高温超导体的研究进程。
在镍基超导研究方面，中国科学家此前曾做出过开创性贡献。 2023年7月，《自然》发表了中国中山大学王猛教授团队领导的研究成果：首次发现液氮温度区域的氧化镍超导体。这是中国科学家在国际上首次发现的新型高温超导系统。它是人类发现的第二种液氮温度区域非常规超导材料。这是基础研究领域“从0到1”的突破，将为高温解决方案的发展做出贡献。超导机理为高温超导材料的设计和预测提供了更多可能性。
经过不懈努力，我国科学家率先在镍基超导体研究方面取得重要进展。他们不仅发现了多种镍基超导体系，还详细研究了材料的宏观和微观物理性质，并提出了多种可能的理论模型，推动了这一领域的研究扩大了高超导“家族”。 - 高温超导材料以镍基超导体为主。
耐高温耐火合金材料的制备
7月3日，中国科学院空间应用工程技术中心宣布，中国西北大学研究团队在中国空间站开展的高性能难熔合金研究取得重大突破，成功获得耐火合金熔体的关键热物理性能。空间凝固制备取得多项科学新发现。相关成果发表在Advanced Materials等国际学术期刊上。
研究团队此次研究的合金材料包括铌合金。铌是一种难熔金属，熔点超过2400°C。它是人类已知的最耐高温的材料之一。这种金材料具有塑性好、加工性能和焊接性能优良的特点。
在地面环境中，铌合金等难熔合金的研究长期以来受到重力、容器等条件的限制。准确测量难熔合金的液体性能并通过快速凝固和合成来制备它们是极其困难的。中国空间站提供了理想的微重力环境。实验柜利用静电场提供的电场力，使材料样品在真空环境下保持稳定的悬浮状态，避免与容器壁接触的影响，可对金属、非金属、深过冷凝固及热物性研究等。
中国科学家在铌合金等难熔合金研究上取得的突破，再次证明中国空间站作为国家空间实验室具有极高的科研价值，为科研人员提供了独特的微重力、高真空、和超净环境下完成一些任务。地球上无法实现的科学实验和技术实验，制备新材料、培育新蛋白质、观察新物理现象、探索新化学反应，将推动航天制造、空间资源开发等高新技术产业的发展。
开发出耐超低温电池
动力电池技术推动了汽车产业低碳化、智能化发展。但在低温环境下，电池容量和续航里程明显降低，放电效率也会变慢，造成驾乘人员的“里程焦虑”，对用车也造成影响。操作性能，因此科学家们一直在开发耐低温甚至超低温的电池。
2024年初，中国科学院大连化学物理研究所陈忠伟团队成功研制出一种特种耐超低温锂离子电池，可在-60℃超低温环境下稳定运行，能量密度为每公斤260瓦时。在-60℃、0.5C（电池以其额定容量的0.5倍电流放电）的工作条件下，放电容量可达80%以上；在-40℃、0.5C的工作条件下，放电容量可达95%，循环寿命超过500次，性能达到国际领先水平。该电池采用新一代复合电解质、多层复合电极结构和新型半固态电解质，大大提高了低温条件下的离子电导率和界面性能。它还采用多层复合电极结构结合新型半固态电解质和改性活性材料，增加了电极和电极表面结构的稳定性和导电性，从而有效提高了电池的低温性能。
11月23日，中国科学院大连化学物理研究所宣布，陈忠伟团队的抗低温电池技术取得应用突破。该技术支持下开发的高比能量、宽温度范围锂离子电池可在-40℃至60℃下工作。宽温环境下稳定运行。该电池成功适配新型工业级复合翼无人机，并成功完成试飞。试飞过程中，无人机顺利完成起飞、爬升、高速巡航、着陆等测试环节，高质量完成了3小时的飞行试验，验证了无人机的高效储能能力和运行稳定性。 -比能量锂电池。
创新的无液氦超低温制冷
在一些科学研究领域，如深空探测、材料科学、量子计算等，都会用到超低温环境，需要超低温制冷技术的支持。长期以来，实现极低的温度主要是利用液氦来实现的。然而，氦气在自然界中相对稀缺。如何在没有氦气的情况下实现极低温制冷并获得极低温环境已成为科学界面临的一大难题。
今年1月，中国科学家在《自然》杂志在线发表了一篇关于超低温制冷技术的论文。他们首次在钴基三角晶格磁性晶体中发现了量子自旋超固态存在的实验证据。他们使用晶体进行绝热退磁。获得-273.056℃的极低温度，无需液氦即可实现极低温制冷。
超固体是材料在接近绝对零（即 -273.15°C）时表现出的量子态。此时的材料具有晶体状态下原子规则排列的特点，可以像超流体一样无摩擦地流动。磁性材料会随着外部磁场的变化而产生显着的温度变化。因此，采用特殊磁性材料，通过绝热退磁来实现冷却。我国科研人员花费约三年时间，攻克了漏热控制、极低温温度测量等诸多难题，研发出新型低温测量装置，最终实现了-273.056℃的极低温。
上述成果是基础研究的重大突破。尽管将它们转化为实际设备和冰箱还有很长的路要走，科学和工程技术仍然存在巨大挑战，但它们为国际科学界提供了重要信息。为进一步推动该领域的深入研究提供启发和思路。 （本报记者 张宝树）
《人民日报海外版》（2024年12月16日第09页）
