钨铜等离子部件制造技术取得关键突破

近日前，据法国原子能委员会（CEA）/磁约束核聚变研究所（IRFM）的科研人员传来的好消息：中国科学研究院等离子体物理研究所在研制两类钨铜面向等离子体部件（W/Cu-PFC）试验模块开展的高热负荷（HHF）测试中取得了关键性进展。这里的钨铜面向等离子体部件主要指的是钨铜穿管部件。钨铜穿管部件是偏滤器垂直靶板上的部件，而偏滤器又在磁约束核聚变反应堆中扮演着一个关键角色。其主要作用是使等离子体与材料的相互作用在分开的两个室腔中分别进行，并将所产生的杂质源与主等离子体分隔开。通常对偏滤器进行性能检测采用的是高热负荷辐照，这也是评价钨铜穿管部件质量的一个重要标准。

钨铜材料具有钨高熔点、高强度、优良的耐磨耐蚀性，低的溅射率和低滞留等优良特性，是公认的最适合于未来核聚变反应堆面向等离子体的材料。钨铜穿管是先在钨块上钻孔，而后通过钎焊或热等静压（HIP）等工艺将钨块与铬锆铜管连接起来。由于其结构具有对称性，在某种程度上能够缓解热应力集中的情况以及消除应力的分歧点，从而使得其能够承受较高热负荷的辐照。热等静压工艺所制备的钨铜穿管部件两相结合面良好、无明显裂纹，但是当管壁周向厚度不均匀时，在HIP过程中会发生塌陷和开裂的现象。而本次中国科学院在制备技术上取得重大突破，在国际上首次实现了钨铜PFC的批量生产，为全面开展长脉冲高参数条件下的等离子体与钨相互作用研究提供了优异的平台。根据IREM科研人员报告的相关结果：W/Cu穿管（Monoblock）模块的4号钨块承受住了1200次10MW/m2和300次20MW/m2热负荷辐照；5号钨块承受住了500次10MW/m2和500次20MW/m2热负荷辐照，超出了国际热核聚变实验堆ITER对20MW/m2热负荷辐照300次的要求。另外，W/Cu平板（Flat type）模块FT1承受住了102次10MW/m2、102次15MW/m2和302次20MW/m2热负荷辐照；平板模块FT2承受住了302次10MW/m2、102次15MW/m2和102次20MW/m2热负荷辐照。平板模块的辐照结果远远超出了5MW/m2的ITER设计要求，刷新了W/Cu平板部件HHF试验的已知记录。这也从一定程度上证明了等离子体钨铜PFC连接技术的先进性。

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