《聚变第一壁材料的研究进展与HT-7U第一壁材料研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚变第一壁材料的研究进展与HT-7U第一壁材料研究（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、聚变第一壁材料的研究进展聚变第一壁材料的研究进展 与与HT-7UHT-7U第一壁材料研究第一壁材料研究陈俊凌陈俊凌20012001年年4 4月月1818日日面临的任务面临的任务： （1 1）开发高性能的新型材料；开发高性能的新型材料；（2 2）探索大大提高现有材料性能。探索大大提高现有材料性能。聚变堆第一壁聚变堆第一壁/ /包层候选材料（趋向于材料系统）：包层候选材料（趋向于材料系统）：聚变材料研究发展趋势聚变材料研究发展趋势 结构材料：结构材料： 铁素体铁素体/ /马氏体、铜合金、马氏体、铜合金、SiCSiC/ /SiCSiCf f、钒基合金；钒基合金； 中子倍增材料：中子倍增材料： 铅、铍
2、铅、铍; ; 氚增值材料：氚增值材料： 锂锂- -铅、锂、锂陶瓷、铅、锂、锂陶瓷、FlibeFlibe; ; 绝缘材料：绝缘材料： AlAl2 2OO3 3、MgOMgO、MgAlMgAl2 2OO4 4和和BeOBeO、BN etcBN etc.; .; 窗口材料窗口材料 SiOSiO2 2基光纤；基光纤；石英晶体（远红外）、石英晶体（远红外）、ZnSeZnSe 和光纤材料：和光纤材料：（红外）、红外）、Fused silicaFused silica（可见光和近紫外）、可见光和近紫外）、 MgFMgF和蓝宝石（紫外）；和蓝宝石（紫外）；面对等离子体材料：面对等离子体材料： 高高Z Z （W
3、W、MoMo、V etcV etc. .）；）；低低Z Z （CBMCBM、CFCCFC、Be etcBe etc）.; .;聚变堆结构材料的发展趋向聚变堆结构材料的发展趋向材料材料 要点要点 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 首批候选材料首批候选材料（现一般聚（现一般聚 变装置正在大量使用的变装置正在大量使用的) ) 铁素体铁素体/ /马氏体钢马氏体钢 （HT-9HT-9） 近期研究和应用可行性大近期研究和应用可行性大 钒基合金钒基合金（VCrTiVCrTi） 中期目标较好中期目标较好 SiCSiC/ /SiCSiCf f适合作为远期目标适合作为远期目标 钛合金钛合金 欧共体另一选择研究欧共体另一选
4、择研究 铬铬 日本另一选择研究日本另一选择研究 CuCrZr CuCrZr DS-Cu(DS-Cu(GlidcopGlidcop Al25 Al25)20200 0C C 400 4000 0C 600C 6000 0C C 20 200 0C 400C 4000 0C 600C 6000 0C C屈服强度屈服强度/ /MPa MPa 280 170 480 230 140280 170 480 230 140极限强度极限强度/ /MPa MPa 400 230 460 250 150400 230 460 250 150总伸长率总伸长率/% 25 20 25 20 20/% 25 20 25
5、 20 20热导率热导率/ /W.mW.m-1-1.K.K-1 -1 350 320 360 320 300350 320 360 320 300可焊接性可焊接性 好好 中等中等可纤焊性可纤焊性( (brazabilitybrazability) ) 中等（热处理中等（热处理 好（无银）好（无银）斜脊连接斜脊连接（hipping) hipping) 中等（热处理）中等（热处理） 好好DSCuDSCu主要优点是高温下仍有很好的机械性能；主要优点是高温下仍有很好的机械性能；CuCrZrCuCrZr的主要的主要 优点是在焊接方面积累了丰富的经验，热处理后能恢复其初始性能优点是在焊接方面积累了丰富的经
6、验，热处理后能恢复其初始性能 。铜合金热沉材料的发展情况铜合金热沉材料的发展情况限制器、限制器、抽气限制器、各态历经偏滤器抽气限制器、各态历经偏滤器( (磁限制器磁限制器); ); 偏滤器偏滤器、抽气偏滤器；抽气偏滤器；不锈钢、不锈钢、WW、MoMo、GraphiteGraphite、BeBe、CFCCFC、CFC+CFC+高高Z Z （WW，MoMo，V V，为反应堆做准备）；为反应堆做准备）；目前的研究认为目前的研究认为：高高Z Z材料往将来聚变堆方向发展材料往将来聚变堆方向发展可能可能更有前途更有前途 。面对等离子体材料面对等离子体材料偏滤器位形聚变装置中偏滤器位形聚变装置中PMIPMI
7、过程示意图过程示意图 PMIPMI过程一方面会造成过程一方面会造成PFMPFM的损伤；另的损伤；另 一方面会给等离子体引入杂质，此外还一方面会给等离子体引入杂质，此外还 将对燃料粒子的再循环产生影响。将对燃料粒子的再循环产生影响。损伤机制：损伤机制： 溅射；溅射；蒸发；蒸发； 解吸；解吸； 起弧；起弧； 背散射；背散射； 反扩散；反扩散； 表面起泡；表面起泡； 氢在晶界处析出等；氢在晶界处析出等； 中子辐照引起的体损伤等中子辐照引起的体损伤等等离子体和壁相互作用问题等离子体和壁相互作用问题1)1)High energy contentHigh energy content ( (several
8、 hundreds MJ vs. few MJ in current deviceseveral hundreds MJ vs. few MJ in current device) and ) and power flowpower flow More intense disruptions and disruption-related damage effects;More intense disruptions and disruption-related damage effects; Require an effective reliable way to disperse the p
9、ower to the Require an effective reliable way to disperse the power to the divertor divertor surfaces.surfaces.2)2)Long pulse duration Long pulse duration ( (few hundreds s vs. few hundreds s vs. fews fews in current devices)in current devices) require require active cooling of active cooling of PFC
10、sPFCs and vessel structure and vessel structure and techniqueand technique to pumping He ash ; to pumping He ash ; Require Require effective control of plasma purity and effective control of plasma purity and PMIs PMIs to achieve high plasma performance.to achieve high plasma performance.3)3)High du
11、ty factor (3%High duty factor (3%10%) or pulse repetition rate10%) or pulse repetition rate Short time for wall conditioning and tritium Short time for wall conditioning and tritium recovery from co-deposited films; recovery from co-deposited films; Remote maintenance with acceptable shot-down times
12、.Remote maintenance with acceptable shot-down times.4)4)Long cumulative run time Long cumulative run time The erosion lifetime (needs to be replaced several times);The erosion lifetime (needs to be replaced several times); Tritium retention and dust (safety problems);Tritium retention and dust (safety problems); Neutron damages effects in the bulk surrounding materials and structures;Neutron damages effects in the bulk surrounding materials and structures; PFM su
