聚变堆非电应用的研究进展(英文)

近几十年来,ITER(国际热核实验堆)计划在为将来提供商业用电研究方面取得了较大的进展。ITER首先打算搭建一个实验聚变堆,然后再建设一个商业示范聚变堆为今后的正式商业发电做出一定的铺垫。但根据如今世界范围内的研究进展,实现聚变堆的商业发电至少要在2050年。在此之前有必要扩大聚变堆的研究范围,因此聚变堆的非电应用研究必须受到足够的重视。聚变堆的非电应用研究包括短期应用研究和长期应用研究,短期应用研究主要体现在医学、危险物的检测等领域的研究,长期应用研究主要体现在嬗变、氢的制备、空间助推器等领域的研究。综述了聚变堆在各个方面的非电应用研究,并且讨论和举证了聚变堆非电应用的可行性。     

基于场反位形的磁约束氘氘脉冲聚变中子源方案设计

聚变中子源可以真实反映材料在聚变中子辐照下的特性变化,对于开展聚变堆材料测试具有重要意义。基于加速器打靶原理的国际聚变材料辐照装置（IFMIF）与理想聚变中子源在聚变中子能谱等方面仍有一定差异,因此需对聚变中子源方案进行新的思索。本文围绕磁约束聚变中子源开展了磁场位形、加热方案设计与相关计算,分析了场反等离子体在两级级联磁压缩后的等离子体温度、密度演化过程及相应的中子产额,并研究了考虑双流体效应与有限拉莫尔半径效应后场反等离子体倾斜模、旋转模等磁流体不稳定性的抑制情况,最终给出了氘氘脉冲聚变中子源的关键物理参数。研究结果表明,该中子源有望获得年均2 MW/m2以上的高通量密度的聚变中子,能够满足商业聚变示范堆材料测试要求;经功率估算显示,基于场反位形进行两级级联磁压缩的新型聚变中子源方案还具备成为氘氘脉冲聚变能源的应用前景。     

聚变堆结构材料辐照性能的评价

针对聚变堆特定的辐照条件,对离子辐照、裂变中子辐照、散裂中子辐照以及聚变辐照装置进行了比较,评述了不同装置的优势和缺点。在没有可用的14MeV中子源时,离子加速器、裂变堆、散裂中子源以及理论模拟在聚变材料辐照效应的研究中具有不可替代的作用。从离子辐照、裂变中子或散裂中子辐照获得的数据与真实聚变中子辐照结果的对应关系需要通过采用14MeV高通量中子辐照(如IFMIF)来证实。功能强大、经济性好的聚变材料辐照装置的建立及多尺度数值模拟的发展是聚变材料走向聚变堆应用的必由之路。     

聚变堆用结构材料的研究现状与进展

介绍了在聚变堆中有较好应用前景的9种候选结构材料的研究现状和进展,主要包括聚变堆用结构材料的安全使用性能、机械性能、热物理性能、腐蚀性和与冷却剂量的相容性以及辐照对聚变堆用结构材料性能的影响等.给出了这些候选结构材料的优缺点,提出了一些要解决的关键问题和将来的研究方向.     

聚变装置用石墨材料的研究动向

聚变装置用石墨材料的研究动向宋进仁翟更太刘朗（中国科学院山西煤炭化学研究所，太原０３０００１）０前言早期的聚变装置，其限制器和壁保护材料多用高熔点金属和金属碳化物。随着聚变装置向大型化发展，反应温度提高，对限制器和壁保护材料性能提出了更高的要求，早期...     

防氚渗透涂层制备技术的研究进展

在聚变堆研究中,聚变环境中涂层材料的防氚渗透问题是聚变堆材料研究的重要课题之一.主要介绍目前常用的几种防氚渗透涂层制备技术的研究进展,并提出利用双辉技术制备梯度氧化铝涂层在316L不锈钢表面形成Al2O3和SiC复合抗氚渗透层的新技术.     

聚变堆结构材料SiC/SiC的研究进展

SiC/SiC复合材料具有优异的高温强度、抗蠕变性能、耐腐蚀和热冲击性能、假塑性断裂行为以及在聚变环境下固有的低诱导放射性和放射余热,被公认为是聚变堆结构的候选材料,在国际上很多反应堆概念设计中颇受瞩目.综述了几十年来世界范围内对聚变堆包层结构应用背景下的SiC纤维、SiC单体、纤维一基体界面以及SiC/SiC复合材料的研究进展,阐述了对该复合材料辐照效应的研究现状,并在此基础之上指出了目前SiC/SiC复合材料应用于聚变堆包层结构材料的限制因素.     

八六三计划聚变裂变混合堆材料研究进展简介

八六三计划聚变裂变混合堆材料研究进展简介“８６３”聚变裂变混合堆的材料研究是由核工业西南物理研究院许增裕钱家溥领导的课题组承担的。混合堆材料是关系到混合堆能否建成并安全运行的一个关键问题，等离子体壁面材料（ＰＦＭ）和结构材料（ＳＭ）又是其中很重要的两...     

聚变堆装置中面向等离子体材料钨涂层的研究进展

钨具有高的熔点、不与氚发生共沉积、与等离子体好的兼容性和低的腐蚀率等优点,是最有前景的一种面向等离子体材料.为了解决面向等离子体材料的制备及其与热沉材料连接问题,涂层技术在实验聚变堆装置中得到广泛应用.评述了目前实验聚变堆装置中面向等离子体材料钨涂层的研究进展.     

核聚变第一壁用W-ZrC材料研究进展与展望

核聚变能是利用氢同位素氘与氚进行聚变反应而释放出的巨大能量来发电。而材料问题尤其是面向等离子体材料(PFMs)一直是核聚变能发展面临的主要挑战之一。由于PFMs直接包围高温等离子体,不但要承受高热负荷(5~20 MW/m~2稳态热流,GW/m~2级瞬态热流),而且还经受高通量的高能中子辐照、等离子体燃料粒子等的轰击等。钨(W)具有高熔点、高溅射阈值/低溅射率和高热导率等优点,而被认为是最有希望的面向等离子体第一壁的材料,目前ITER及EAST已经选用纯W作为第一壁及偏滤器材料。而对于下一代聚变堆如中国聚变工程实验堆(CFTER),其设计参数更高,PFMs服役环境比ITER及EAST更加严峻。因此纯W由于一些自身的弱点如低温脆性(DBTT~400℃)、再结晶脆化以及辐照脆化、高热负荷开裂熔化、等离子刻蚀严重等不足将无法满足未来需求。因此研究材料的辐照损伤与氢氦效应机理,揭示辐照引起材料微观结构与性能的变化以探索开发新型抗辐照W基第一壁材料变得十分迫切。近年来,国内外研究人员针对上述问题开展了系统的研究工作,研发了不同种类的W基复合材料,如W-Y_2O_3、W-La_2O_3、W-TiC及W-ZrC等,性能及工艺均取得了一定的进展。其中基于计算模拟结果发展的W-ZrC材料具有较好的综合性能,是未来聚变装置第一壁候选材料之一。本文系统介绍了W-ZrC材料研究进展,包括:钨中辐照损伤/氢氦效应机理、界面耦合强化的计算模拟结果、微结构分析测试及服役性能评估的研究,通过全面的总结分析,提出W基第一壁材料今后的主要研究方向,以及研发高性能面向未来聚变堆第一壁材料应采取的策略及措施。     

超导托卡马克EAST限制器材料的腐蚀与沉积的研究

在磁约束聚变实验装置托卡马克中,第一壁材料直接面对高温等离子体,承受高能粒子的轰击。随着聚变装置等离子体存在时间的延长及辅助加热功率的增加,第一壁材料腐蚀和沉积将会越来越严重。材料的腐蚀一方面会污染等离子体影响聚变等离子体的品质,另一方面将危害装置的安全运行。为了提高材料的物理和化学溅射阈值,超导托卡马克东方超环(EAST)装置上选用掺杂碳化硅涂层石墨作为第一壁材料。本实验通过离子束表面分析方法,研究了EAST装置中限制器石墨材料的腐蚀与沉积特性,结果显示在累计大约36000s的等离子体实验中,安装在限制器上的标记瓦块近1μm的碳涂层基本被腐蚀,其腐蚀速率超过0.0278 nm/s。     

简讯

我国首座实验快堆将于2010年试验发电据新华社消息,中国核工业集团公司总经理康日新在10月16日开幕的“第21届国际聚变能大会”上说,正在建设中的热功率为65MW的我国首座实验快堆将于2009年6月建成达到临界,2010年6月试验发电。     

固体氚增殖剂的制备及性能综述

聚变或聚变一裂变混合堆中通常采用含锂的材料作为氚增殖剂.概述并比较了氚增殖剂的几种制备方法,就几种氚增殖剂的热学、化学、机械性能、辐照行为和氚释放等进行了综合评述,简单介绍了氚增殖剂在聚变堆中的作用和发展趋势,为我国实验包层模块(TBM)产氚包层中氚增殖剂的深入研究奠定了基础.     

聚酰亚胺材料在惯性约束聚变制靶中的应用

聚酰亚胺材料机械性能、热性能及耐辐照性能都很好，是惯性约束聚变制靶中比较重要的靶材料。在制靶中最主要的应用是制备空心微球，其次是薄膜和柱腔。综述了聚酰亚胺材料的主要性能，聚酰亚胺微球的制备历史、现状及当前的发展方向。探讨了国内聚酰亚胺微球研制的基本思路。另外简单回顾了聚酰亚胺薄膜和柱腔在惯性约束聚变制靶中的应用现状。     

嬗变元素Re、Os对聚变装置面向等离子体钨材料性能的影响

钨(W)由于具有高熔点、高密度、低热膨胀系数、低氚滞留、低溅射产额等优异性能,被认为是最有潜力的聚变装置面向等离子体材料.氘氚聚变反应产生的14 MeV中子会导致W中嬗变元素铼(Re)、锇(Os)的产生,随着服役时间的延长,嬗变元素不断累积.这两种嬗变元素的产生势必会影响到W材料的微观组织结构,进而对W材料的性能产生影响.本文全面介绍了W嬗变元素Re、Os对聚变装置面向等离子体W材料的关键服役性能的影响,包括对力学性能、抗辐照性能、热学性能以及钨中氢同位素输运行为的影响.结果表明,W嬗变元素Re、Os能对W材料的性能造成较大的改变,但目前相关的研究都不够系统化,未来还需进行更为系统的研究来全面地对中子辐照条件下聚变装置面向等离子体W材料的性能进行评估.     

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。     

高分子材料在ICF靶中的应用及其制备技术

概述了高分子材料在惯性约束聚变靶中，作为氘－氚燃料容器、泡沫材料、空心固体靶丸、膜层材料、靶装配胶等方面的应用，并简要介绍了有关材料的特性及其制备方法。     

高分子聚合物在ICF靶中的应用

概述了高分子聚合物在惯性约束聚变（ＩＣＦ）靶中氘－氚燃料容器、泡沫材料、空心固体靶丸、膜层材料、靶装配胶等方面的应用，并简要介绍了有关材料的特性及其制备方法。     

面向等离子体钨基材料的增韧研究最新进展

钨及钨基材料由于其高熔点、高热导率、低蒸气压、低溅射产额及低辐照放射性等优异性能,成为具有广阔应用前景的面向等离子体材料。然而,钨基材料的本征脆性成为其作为聚变材料的主要限制因素,也成为国际聚变材料界的研究热点。本文综述了通过合金化、弥散强化以及复合材料等3种途径来增加钨基材料韧性的最新研究进展。目前合金元素中只有铼的添加能够显著改善钨的韧性;单一弥散强化方式难以有效提高钨的韧性,适当的热机械加工能够明显降低钨基材料的韧脆转变温度;通过钨箔钎焊制备出的钨层压结构复合材料的韧脆转变温度降低到了150℃。     

惯性约束聚变靶丸的研究进展

综述了惯性约束聚变靶丸的研究进展.对玻璃微球和聚合物微球2种制靶材料、靶材料的掺杂以及液滴炉、干凝胶炉和微封装3种主要制靶工艺进行了论述.