中法將聯合開拓聚變新能源

2018年1月11日上午，由國家科技部與法國原子能委員會簽訂協定成立的中法聚變聯合研究中心揭牌儀式在合肥科學島舉辦，標誌著中法在聚變能源領域的務實合作進入新局面，從之前雙方科研機構之間的合作上升至國家政府層面之間的雙邊合作。

中法聚變科技合作始於上世紀80年代，法國Toresupra裝置與我國HT-7裝置展開了長達25年的科技合作，逐步轉變為我國EAST裝置與法國WEST裝置的合作。WEST裝置是法國原子能委員會核聚變研究所Tore Supra超導托卡馬克裝置升級的全鎢偏濾器托卡馬克裝置。EAST是世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。此前雙方已經成立聯合實驗室，在WEST離子迴旋天線研製、EAST遙作業系統、聯合物理實驗、托卡馬克長脈衝運行研究等方面開展了卓有成效的合作並取得豐富成果。

去年11月，中法雙方政府簽署成立聚變聯合研究中心框架協定。主要圍繞為ITER組織及其成員方提供支援、開發和驗證磁約束聚變裝置關鍵部件及技術，對共同感興趣的專案開展聯合競標，聚變科學和實驗物理研究，核聚變能安全規範和技術標準，下一代聚變堆裝置等重點領域開展合作。

聯合中心已確立了WEST的鎢偏濾器研發為第一個共同研究項目。通過該項目的實施，中法科學家建立鎢偏濾器設計、生產、安裝、運行和維護經驗，為未來聯合競爭ITER偏濾器採購包打下人力和技術基礎。

聚變反應堆鎢材料的歐洲成果

在金屬元素中熔點最高的鎢被認為是聚變反應堆等離子體容器第一壁的主要候選材料。這是因為它可靠地抵抗由瞬態熱負荷，熱疲勞，中子輻照和腐蝕引起的在這些反應堆中長時間工作的惡劣操作條件。

然而，由於鎢的低氫留著率，低腐蝕速率和在中子輻射下可接受的活化，鎢滿足了高強度，等離子體相容性的要求，所以當在低於韌脆轉變溫度下操作或操作時，金屬具有低韌性。

鎢的脆性是限制其在聚變堆PFC中應用的一個重要因素。一般認為其脆性來源主 要有三個方面：1、鎢中的大量位元錯運動往往需要高的溫度來啟動，2、工業生產過程中鎢中低溶解度雜質往往很難消除，O、N、H等有害雜質元素在鎢晶界偏聚弱化晶界往往導致鎢的脆性；3、聚變堆PFC所處的高熱流載入和高能中子輻照環境往往使鎢易於出現再結晶脆化和輻照脆化。所以，鎢的脆性會降低PFC的服役壽命進而威脅聚變裝置安全，提高鎢基材料的韌性是聚變材料界研究的重要課題之一。

在去年6月份的歐洲攀時研討會上，歐洲的科學家就展示了他們改善鎢脆性的研究成果——使用新型的鎢纖維增強材料來增加PFC韌性，為用於Wf / W複合材料的替代處理路線引入常規化學氣相沉積（CVD）技術，再利用熱等靜壓工藝，將鎢纖維增強鎢材料（Wf / W）燒結製備塊體纖維增韌鎢基材料而得到大尺寸部件。

科學家指出，鎢纖維增強鎢（Wf / W）通過引入類似於陶瓷基複合材料的能量耗散機制，使固有的脆性鎢材料變得外在韌化。這些機制，例如纖維拉出或在特製的纖維基質處的裂紋偏轉，導致裂紋尖端的應力峰值降低，因此顯著改善了鎢抵抗裂紋擴展的能力。

在研究Wf / W樣品的熱等靜壓處理時，研究人員使用了兩種平均細微性分別為D50=8.7μm和D50 =8.8μm的鎢粉末。在110MPa和185MPa下模壓成型，以生產直徑為19mm和高度在4-5mm範圍內的片劑，其中綠色密度為約51.5％和58％。

將四個具有相同生坯密度的丸粒填充到鉭（Ta）膠囊中，其中單個鎢纖維（絲）放置在相鄰片劑之間。膠囊用Ta蓋封閉並在真空下通過電子束焊接密封。所使用的W纖維的直徑為150μm，通過熱拉伸製造。用Er2O3介面塗覆纖維，使用塗覆厚度調節為1,2和3μm的反應磁控濺射，並已經切割成10mm長度。

封裝材料通過熱等靜壓（HIP）在200MPa的恒定壓力下緻密化，同時在1300-1900℃之間改變燒結溫度。在所有HIP運行中，最高溫度下4小時的停留時間保持恒定。作者報告說，發現在1500-1600℃範圍內的溫度需要在200MPa的壓力下達到高於理論密度的98％的密度。

儘管CVD樣品的纖維推出行為如剪切滯後模型中預測的那樣，但是熱等靜壓 Wf / W樣品顯示出疊加的效應，這表明妨礙關於系統的介面參數的合理結論。為了澄清HIPed和CVD樣品的推出行為之間的顯著差異，科學家還需要對纖維基質 - 介面區域及其演變進行更深入的研究。然而，不管這個結果如何，他們的研究提供了優化的熱等靜壓（HIP）加工參數，使得能夠製造更大尺寸的聚變反應堆等離子體部件，以進一步使該材料適用于期望的應用。

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