超蒸发强化换热面向等离子体部件的研究进展

超蒸发冷却概念是目前最有前景的强化换热技术之一,能够承载20～30 MW/m~2的高热负荷。大型托卡马克如欧洲联合环(Joint European torus, JET)等装置均对超蒸发技术开展了大量的研发或应用尝试,同时国际热核聚变试验堆(International thermonuclear experimental reactor,ITER)偏滤器的穹顶(Dome)面向等离子体部件已经计划采用超蒸发强化换热的冷却结构。本文首先详细介绍了JET和ITER的超蒸发部件研发历程,然后,参考JET和ITER的设计,为中国聚变工程试验堆(Chinese fusion engineering test reactor,CFETR)设计了一种新型结构的超蒸发强化换热面向等离子体部件,并开展了部件制备工艺的摸索以及高热负荷测试,部件在高热负荷测试过程中表现出了优异的换热性能。     

Deuterium Retention in SiC-Coated Graphite Tiles of EAST

Fuel retention and recycling in plasma facing materials is a crucial issue for fusion devices, especially for the long pulse discharge devices. In this work, the deuterium retention and the surface erosion of SiC-coated graphite tiles exposed to EAST plasmas have been studied by post-mortem analyses, i.e., thermal desorption spectroscopy （TDS）, secondary ion mass spec- troscopy （SIMS） and scanning electron microscopy （SEM）. The results show that the sample cut from the high field side （HF） tile has been intensely eroded due to deuterium bombardment on plasma facing surfaces in the initial phase of discharges and trapped highest amount of deuterium. Lower deuterium retention has been found in the inner divertor sample, which is presumably due to the particular exposure history in the 2010 spring campaign.     

CuCrZr合金中沉淀相的控制

通过SEM和力学性能试验,研究了不同热处理工艺下CuCrZr合金沉淀相尺寸和分布对合金力学性能的影响。结果表明,经固溶退火+淬火+时效处理后,热锻态CuCrZr合金中的沉淀相尺寸和分布存在“遗传”特性,高冷却速率有益于阻碍沉淀相的聚集和粗化;时效处理前增加冷加工工艺有利于获得均匀且细小的沉淀相,从而获得优异且稳定的力学性能。     

低活化钢双壁管的热等静压扩散连接

双壁管可控制裂纹扩展路径,防止裂纹沿管径向扩展,显著提高了管的使用安全性,被认为是聚变堆包层增殖区冷却管的理想选择.针对双壁管复合焊接难题,从钢/铜/钢和钢/镍/钢平板复合结构开展了工艺优化试验. 结果表明,热等静压温度高于1 100 ℃时,钢/铜/钢复合界面处发生晶界扩散,焊接接头室温抗拉强度达601 MPa,界面纳米压痕硬度1.37 GPa;钢/镍/钢复合界面处产生了更宽的元素固溶扩散,室温抗拉强度可达630 MPa,界面处纳米压痕硬度2.05 GPa.采用优化后的热等静压参数制备了连接质量良好的多折弯双壁冷却管原型件.     

四点弯曲法测量钨材料韧脆转变温度及其与其他测试方法的比较研究

针对聚变装置中钨材料的性能评价问题,采用四点弯曲试验(4PBT)方法对钨材料的韧脆转变温度(DBTT)进行了测试和分析。首先,基于对四点弯曲过程的应变率和强度随温度变化的分析获得了商用轧制纯钨的DBTT。结果表明,用标准四点弯曲法测得的工业轧制纯钨的DBTT值在150℃以下,低于相同材料的拉伸试验和冲击试验的测量值。然后对比不同加载速率的4PBT和拉伸试验的结果,证实了不同的DBTT测试方法的加载速率依赖性。最后,对测试方法影响DBTT测量的原因进行了分析和讨论。     

核聚变堆偏滤器热沉材料研究现状及展望

偏滤器是磁约束核聚变装置最为关键的系统之一,直接承受强粒子流和高热流的冲击,服役环境十分苛刻,而满足偏滤器运行环境的热沉材料是聚变堆正常运行的关键之一.受控核聚变领域近30年的研究和工程经验表明,铜合金以高热导率、较高的强度、较好的热稳定性和抗中子辐照性能被认为是聚变堆偏滤器用热沉材料的首要候选材料,也可能是水冷偏滤器热沉材料的唯一候选材料.但是,根据现有商用铜合金在下一代聚变堆(中国聚变工程试验堆(CFETR)和示范性聚变核电厂(DEMO))偏滤器模拟工况下的表现,发现其无法满足CFETR偏滤器的运行要求.目前,CFETR装置的设计和预研工作己经开展并按计划稳步推进,此时适用于高热负荷部件的热沉材料研制工作就显得十分重要.本文依据中国聚变能发展路线图,介绍了下一代聚变堆偏滤器热沉材料的服役工况及其对热沉材料的要求,对现有的铜合金在下一代聚变堆偏滤器运行环境下可能存在的问题进行综合评述,最后针对我国CFETR偏滤器热沉材料的相关问题提出了应对策略.     

超细晶/纳米晶钨——未来聚变堆面向等离子体材料

钨为未来高参数准稳态运行聚变堆最有前景的面向等离子体材料。超细晶/纳米晶结构有可能提高钨材料的热力学性能和抗粒子辐照性能,因而成为一个很有前途的研发方向。深度塑性变形和粉末冶金均已在制备超细晶/纳米晶钨方面开始了初步探索,深度塑性变形的等通道角挤压法因能制备致密度高、韧脆性能优异、大尺度的块体超细晶/纳米晶钨,极有可能在钨基面向等离子体材料制备方面取得突破。