中法将联合开拓聚变新能源

2018年1月11日上午，由国家科技部与法国原子能委员会签订协议成立的中法聚变联合研究中心揭牌仪式在合肥科学岛举办，标志着中法在聚变能源领域的务实合作进入新局面，从之前双方科研机构之间的合作上升至国家政府层面之间的双边合作。

中法聚变科技合作始于上世纪80年代，法国Toresupra装置与我国HT-7装置展开了长达25年的科技合作，逐步转变为我国EAST装置与法国WEST装置的合作。WEST装置是法国原子能委员会核聚变研究所Tore Supra超导托卡马克装置升级的全钨偏滤器托卡马克装置。EAST是世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置。此前双方已经成立联合实验室，在WEST离子回旋天线研制、EAST遥操作系统、联合物理实验、托卡马克长脉冲运行研究等方面开展了卓有成效的合作并取得丰富成果。

去年11月，中法双方政府签署成立聚变联合研究中心框架协议。主要围绕为ITER组织及其成员方提供支持、开发和验证磁约束聚变装置关键部件及技术，对共同感兴趣的项目开展联合竞标，聚变科学和实验物理研究，核聚变能安全规范和技术标准，下一代聚变堆装置等重点领域开展合作。

联合中心已确立了WEST的钨偏滤器研发为第一个共同研究项目。通过该项目的实施，中法科学家建立钨偏滤器设计、生产、安装、运行和维护经验，为未来联合竞争ITER偏滤器采购包打下人力和技术基础。

聚变反应堆钨材料的欧洲成果

在金属元素中熔点最高的钨被认为是聚变反应堆等离子体容器第一壁的主要候选材料。这是因为它可靠地抵抗由瞬态热负荷，热疲劳，中子辐照和腐蚀引起的在这些反应堆中长时间工作的恶劣操作条件。

然而，由于钨的低氢留着率，低腐蚀速率和在中子辐射下可接受的活化，钨满足了高强度，等离子体兼容性的要求，所以当在低于韧脆转变温度下操作或操作时，金属具有低韧性。

钨的脆性是限制其在聚变堆PFC中应用的一个重要因素。一般认为其脆性来源主 要有三个方面：1、钨中的大量位错运动往往需要高的温度来激活，2、工业生产过程中钨中低溶解度杂质往往很难消除，O、N、H等有害杂质元素在钨晶界偏聚弱化晶界往往导致钨的脆性；3、聚变堆PFC所处的高热流加载和高能中子辐照环境往往使钨易于出现再结晶脆化和辐照脆化。所以，钨的脆性会降低PFC的服役寿命进而威胁聚变装置安全，提高钨基材料的韧性是聚变材料界研究的重要课题之一。

在去年6月份的欧洲攀时研讨会上，欧洲的科学家就展示了他们改善钨脆性的研究成果——使用新型的钨纤维增强材料来增加PFC韧性，为用于Wf / W复合材料的替代处理路线引入常规化学气相沉积（CVD）技术，再利用热等静压工艺，将钨纤维增强钨材料（Wf / W）烧结制备块体纤维增韧钨基材料而得到大尺寸部件。

科学家指出，钨纤维增强钨（Wf / W）通过引入类似于陶瓷基复合材料的能量耗散机制，使固有的脆性钨材料变得外在韧化。这些机制，例如纤维拉出或在特制的纤维基质处的裂纹偏转，导致裂纹尖端的应力峰值降低，因此显着改善了钨抵抗裂纹扩展的能力。

在研究Wf / W样品的热等静压处理时，研究人员使用了两种平均粒度分别为D50=8.7μm和D50 =8.8μm的钨粉末。在110MPa和185MPa下模压成型，以生产直径为19mm和高度在4-5mm范围内的片剂，其中绿色密度为约51.5％和58％。

将四个具有相同生坯密度的丸粒填充到钽（Ta）胶囊中，其中单个钨纤维（丝）放置在相邻片剂之间。胶囊用Ta盖封闭并在真空下通过电子束焊接密封。所使用的W纤维的直径为150μm，通过热拉伸制造。用Er2O3界面涂覆纤维，使用涂覆厚度调节为1,2和3μm的反应磁控溅射，并已经切割成10mm长度。

封装材料通过热等静压（HIP）在200MPa的恒定压力下致密化，同时在1300-1900℃之间改变烧结温度。在所有HIP运行中，最高温度下4小时的停留时间保持恒定。作者报告说，发现在1500-1600℃范围内的温度需要在200MPa的压力下达到高于理论密度的98％的密度。

尽管CVD样品的纤维推出行为如剪切滞后模型中预测的那样，但是热等静压 Wf / W样品显示出叠加的效应，这表明妨碍关于系统的界面参数的合理结论。为了澄清HIPed和CVD样品的推出行为之间的显着差异，科学家还需要对纤维基质 - 界面区域及其演变进行更深入的研究。然而，不管这个结果如何，他们的研究提供了优化的热等静压（HIP）加工参数，使得能够制造更大尺寸的聚变反应堆等离子体部件，以进一步使该材料适用于期望的应用。（中钨在线：伟平综合整理，新闻内容主要来源于中国科学院官方网站）

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