Influence of Erosion and Deposition on Metallic First Mirror in HT-7 Tokamak

Dedicated experiments in the HT-7 tokamak were performed to investigate the in-fluence of erosion and deposition on the mirror samples.The first mirror (FM) samples made of polycrystalline (PC) stainless steel (SS),molybdenum (Mo) and tungsten (W) were fixed on a holder at an angle of 45 with respect to the horizontal plane and set at different locations with different connection lengths along the magnetic field.The optical reflectivity of the first mirror was measured by a spectrophotometer before and after plasma exposure.It was found that the surface morphology and specular reflectivity of the mirror samples after the exposure were different with respect to the different distances from the mirror surface to the last closed flux surface (LCFS) of the plasma in the tokamak.It was also found that shortening the connection length before the mirror surface would weaken the influence of the plasma erosion and impurity deposition on the mirror surface.In order to maintain the optical characteristics of the mirror surface,it is necessary to adopt the in-situ cleaning and mirror protection techniques.     

等离子体辐照对第一镜表面反射率的影响研究

研究了多晶钼、钨第一镜样品经等离子体辐照前后的表面形貌及反射率变化。实验结果表明:第一镜表面的各个部位在石墨限制器以下所处的区域不同,经等离子体辐照后,处于沉积区的镜面比处于腐蚀区的镜面相对平滑,反射率也相对较高,此外,在保持表面反射率性能方面,钨第一镜样品要优于钼第一镜样品。     

中国的超导托卡马克装置HT—7U用炭基面对等离子体材料的研究

聚变能作为一种潜在的替代能源,可以为将来提清洁和无穷尽的能源供给,引起中国政府的高度重视。一项国家大科学工程“超导托卡马克HT－7U的建造”目前正在中国科学院合肥等离子体物理研究所实施。考虑到HT－7U将运行在高热负荷和近稳态的工作条件下,研究和选取面对等离子体候选材料就显得极为重要。中国科学院山西煤炭化学研究所和合肥等离子体物理研究所合作致力于HT－7U用炭基面对等离子体材料的研究和开发。本文主要介绍了聚变能的优点,有关聚变研究的一些基本概念如托卡马克,等离子体,面对等离子体材料,壁材料和等离子体间的相互作用行为等。给出了HT－7U炭基面对等离子体材料的主要结果。相关的具体研究结果将在后续文章中给予报道。     

新时期下重大科技基础设施运行管理面临的挑战与关键机制探讨

重大科技基础设施是我国建设世界科技强国的“国之重器”,可持续推动重大原创成果的产出,加快创新要素的整合及高端产业的突破。随着新一轮科技革命发展和经济全球化推进,国际竞争日趋复杂化,重大科技基础设施发展进入新阶段,同时面临新的挑战。该文通过梳理分析重大科技基础设施发展新态势,以及运行管理面临的挑战,探讨新时期下重大科技基础设施运行管理路径,对提高重大科技基础设施的建设和运行管理水平具有参考和借鉴意义。     

W-TiC合金面对等离子体材料及其电子束热负荷实验研究

利用机械合金化方法制备各种W-TiC合金,并通过主要物理性能测试发现:TiC的引入能有效强化晶界,提高合金材料的力学性能,特别是W-1%TiC(质量分数,下同)合金,其相对密度、抗弯强度、维氏显微硬度和杨氏模量分别为98.4%、1065MPa、4.33和396GPa。同时电子束热负荷实验发现:在低于合金再结晶温度时,TiC能有效增强合金热负荷承受能力;然而较高的晶粒应变能导致合金材料在再结晶温度以上使用时,热负荷性能增强效果不明显。这些结果显示,约1%TiC弥散增强钨合金是较合适的托卡马克高热负荷面对等离子体材料。     

W2Cu面对等离子体梯度热沉材料的制备和性能

采用粉末冶金法制备了 W2Cu面对等离子体梯度热沉材料。对其显微组织、 界面以及重要的热学、 力学性能进行了研究。显微组织观察表明 : 截面成分呈梯度分布 , 并通过高温下元素的扩散 , 实现了组织的连续变化 , 层间没有明显界面 ; 烧结后 Cu形成了连续的网络结构 , 分布在 W颗粒周围。W2Cu梯度材料的化学元素分- 1布和热学、 力学性能沿厚度方向呈梯度变化 , 材料整体的热导率达 151. 4 W·(m·K) 。在 800 ℃ 温差条件下 ,对材料分别进行抗热震和耐热疲劳实验。热震实验后 , 界面处未发现裂纹和开裂现象 , 表现出良好的抗热震性能。经过 83次热循环冲击后 , 观察到了裂缝 , 并探讨了裂缝形成机制。     

机械合金化制备TiC/W纳米晶复合粉体的烧结特性

利用高能机械球磨制备出W-10%TiC复合粉体并进行烧结,分析了粉体特性和烧结体的组织形貌.结果表明:球磨使引入的镍铁和钨形成固溶体,并且产生大量缺陷,从而促进烧结致密化.随着球磨时间的延长,粉体晶粒尺寸下降,点阵畸变逐渐增大,经过球磨后粉体具有较高的烧结活性,并且随着球磨时间的延长,复合粉体烧结后密度逐渐增加.烧结体显微组织均匀致密,没有间隙和空洞出现,其中钨颗粒近似呈球状,粒径为20～30 μm,碳化钛颗粒基本保持原始颗粒大小(1～2 μm)弥散分布在相邻的钨颗粒边界处;钨镍铁相呈网状组织包围着部分钨和碳化钛颗粒,其体积随着球磨时间延长而增加.     

HT—7U装置第一壁抗热冲击SiC厚膜涂层研究

为实现 HT－ 7U装置长脉冲运行的物理目标,在碳石墨第一壁材料的改性研究中和为保证在稳定的长平顶阶段对大部分杂质和再循环的控制,提出了研制抗等离子体溅射腐蚀的梯度功能涂层的概念。研究了通过化学气相转化 CVR和化学气相渗透 CVI 2种技术实现 SiC厚膜梯度涂层的方法,通过实验研究发现 CVI法实现的 SiC涂层有更厚、更致密、更好的梯度性和很好的抗热冲击等综合性能,适于作为 HT－ 7U装置第一壁高通量部件上的保护涂层。     

La_2O_3弥散增强钨合金面对等离子体材料及其高热负荷性能

本论文通过粉末冶金方法制备La2O3弥散增强钨合金面对等离子体材料并对其进行了组织性能和电子束热负荷性能的分析。结果显示La2O3弥散增强相抑制钨粒子长大效果显著,而且使W-1wt.%La2O3合金材料的抗弯强度提高了约35.7%。同时,W-1wt.%La2O3也表现出较好的热负荷性能,能够承受6MW/m2热负荷功率密度;在更高热负荷条件下,较高的表面温度导致La2O3出现熔化及W-1wt.%La2O3合金材料表面出现微裂纹等损伤,因此面对等离子体材料直接水冷对延长材料使用寿命和提高热负荷性能是十分重要的。     

Influence of Long-Term Plasma Irradiation on Metallic First Mirrors in HT-7 Tokamak

The first mirror （FM） samples made of polycrystal （PC） stainless steel （SS）, molybdenum （Mo） and tungsten （W） were mounted at different locations in HT-7 tokamak to investigate the surface modifications caused by erosion and deposition. The optical transmission characteristics of first mirror samples were measured by a spectrophotometer. It was found that different irradiation environment had different influences on the first mirror surfaces, especially with wave antenna nearby. In addition, the erosion made the reflectivity of FM degrade to some extents as a whole. But the deposition on the mirror influences more than erosion does. Comparing the mirrors of SS, W and Mo, irradiated in the same environment, the W-mirror had the least changes in reflectivity with regularity, while the SS-mirror had most serious changes.