核聚变装置怎么承受1亿度的超高温？

你可以试试把装满水的纸杯放在蜡烛上烧，按照我的经验，纸杯是不会被烧着的，哪怕火焰的温度远远超过纸杯的燃点。

核聚变堆也一样，等离子体的温度，和面向等离子体材料的温度，这是两码事。

材料承受的温度取决于两点，一个是材料吸收热量的速度，即所承受的热流密度（单位时间单位面积所承受的热量），另一个是材料的散热速度。

吸热越快，或散热越慢，材料的温度就越高，反之亦然。

聚变堆中等离子体温度虽然高，但密度并不是很大，因此材料吸收热量的速度并没有你想象的那么夸张。此外，面向等离子体部件通常都是热导率较高的材料，并在关键部位辅以水冷或氦冷，用来加快散热速度，确保材料不至于过热。

以中国聚变工程实验堆(CFETR)为例，根据万元熙院士 17 年发表在 Nuclear Fusion 上的这篇论文^[1]，CFETR 第一阶段的目标功率是 50-200 MW，第二阶段为 1000 MW。这里不妨取最高值 1000 MW。而 CFETR 的设计尺寸为大半径 R=6.6 m，小半径 r=1.8 m。按理想圆环面计算，其面积为：

因此，平均热流密度为：

等离子体部件中，偏滤器大概长这样，钨装甲用来抵抗等离子体冲击，内嵌铜管用来进行水冷或氦冷：

其中钨装甲的热导率为:

假设钨装甲的厚度为

，那么在 1000MW 的功率下，可以粗略估算出材料内外表面的温度差：

也就是说，平均而言，材料内表面只比外表面高 100 多摄氏度。而金属钨的熔点足足有 3000 多摄氏度，只要外表面的做好冷却，这点温度差不足以造成材料的损伤。

当然，上面都是在讨论稳态条件下的平均热传导。实际上，不同部位承受的热流密度并不一样，不过应该不会有数量级的差别。此外，如果等离子体的控制不够稳定，会出现类似于太阳耀斑一样的爆发，在短时间内释放处大量热量（十倍 + 的热流密度），来不及通过热传导释放出去，导致材料的局部温度过高，发生表面融化，或是热应力过大产生裂纹等，这类瞬态的热冲击才是比较令人头疼的。