什么是“人造太阳”？又如何给“人造太阳”测温？一起看看“振兴杯”赛场参赛选手的创新探索！

——核聚变能，以其安全、清洁、高效、可持续等优点成为满足未来国家重大战略需求和实现双碳目标的重要技术方案。但要实现这一核聚变，通常要求温度达到亿度量级。

那么问题来了，如何精准测量如此高的温度？

在第十七届“振兴杯”全国青年职业技能大赛（职工组）中核杯创新创效竞赛全国决赛上，来自中核集团核工业西南物理研究院的副研究员蒋敏，带来她和团队成员的探索成果：新一代“人造太阳”（HL-2M）装置上全域、多道、精细、准确的温度分布测量系统——超宽带自标定电子回旋辐射系统。

“非接触式的测量方法通常有激光和微波，微波具有连续、高时空分辨、抗辐照等优点，是未来聚变堆装置上测量温度必不可少的工具。”作为先进微波诊断团队负责人蒋敏介绍，它的基本原理是通过接收电子回旋运动发出的微波频段的辐射信号，从而给出温度的信息。

但要想实现这一原理，需要发展宽频带技术才能获得全空间测量，且需要对系统进行标定才能获得准确的温度值。

蒋敏与HL-2M装置模型 图片由蒋敏提供

显然，这并不是一件容易的事。蒋敏告诉中青报·中青网记者，目前面临四大技术难点：

1.首先是需同时跨越三个波段，以前的技术只能一个波段，具有挑战；

2.其次是满足超宽带与低损耗之间的兼容性；

3.第三是对系统进行降噪处理，才能从兆瓦量级背景中提取纳瓦量级的信号；

4.最后需要对系统进行实时标定，才能满足反馈控制需求。

为了解决这些技术上的难题，蒋敏和团队成员发明了多路倍频和多工器阵列技术，解决了超宽带与低损耗的兼容难题。

“从对比数据中看出，微波源带宽和中频损耗两个技术指标已明显优于传统方案。”蒋敏说，这就好比实现了“鱼”与“熊掌”，二者兼得，提高了系统带宽和通道的拓展能力。

项目研发过程中，团队首次采用基于频偏去相关技术的降噪方法，通过巧妙的频偏设计，使电子温度扰动测量灵敏度达到0.5%，这比传统的时间相关方案提升一个数量级。“可从兆瓦量级背景中提取纳瓦量级的信号，如同‘炎炎烈日下摄取星光’”。

值得一提的是，这一团队还首创了短时间内改变测量位置的方法，包括磁场扫描和本振源跳频技术，实现了电子温度在线、实时标定。这一在测量的同时可以实现定标的创新，被蒋敏比喻为“一手磨刀一手砍柴”，完全区别于此前离线测量标定。

超宽带自标定电子回旋辐射系统实物图 图片由蒋敏提供

一项项技术创新背后，是这支团队平均年龄30岁的青年科技工作者们一遍遍认真严谨的“较真”。仅为了找到更好的降噪处理方法，团队就花了将近一年时间。

“技术细节中如何巧妙地进行频偏的设计，我们前期都做了很多调研和各种计算，加工、测试……完成这样一次尝试大约需要两到三个月，为了尽可能达到更好的降噪效果，团队尝试了三四次，最终成功测量到核聚变反应芯部区域的微观温度涨落。”蒋敏表示，通过准备此次大赛，她深刻体悟到团队精神的重要作用，“团队成员就跟一个工作室一样，提出自己的意见，大家一起头脑风暴。”

决赛前，参赛团队在HL-2M装置前互相打call  图片由蒋敏提供

项目研发倾注了团队成员的心血，也收获了丰硕成果。让蒋敏和团队成员欣慰的是，这一成果不仅已经成功测量到聚变装置中亿度量级的温度，在聚变前沿物理研究中发挥了重要作用。以这一项目研发为基础，团队发表SCI论文6篇，已授权3项发明和2项实用新型专利，实现2项成果转化，创造近百万的经济效益。

在相关专业技术鉴定中，这一项目的科技成果鉴定结论为总体性能指标达到国际先进水平，其中一些关键技术以及基于本作品获得的研究成果分别获得了国防科技进步一等奖、二等奖和集团级科学技术一等奖。

与此同时，关键技术应用至国内外5家聚变专业科研院所和微波企业，培养了国家级和省部级人才各2名。“我们的这一研发成果在微波遥感和气候监测等领域也具有广泛的应用前景。”谈到应用前景，蒋敏充满信心。

蒋敏开心的是，头一回参加“振兴杯”，就获得了金奖。但实际上，这背后，她和团队成员拿出了搞科研的认真和钻劲儿。“很好的诠释了核工业的精神——严细融入一切，进取成就一切。”为了在答辩的4分钟内完美呈现团队的研发成果，蒋敏光答辩就练习了不下50遍，马上要答辩检录了还在斟酌修改个别语句。看到结果，她第一句话说的就是“感谢我们的团队。”