面向等离子体钨基材料在瞬态热负荷下的性能研究

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W及其合金是重要的面向等离子体候选材料,具有熔点高、热导率大、溅射产额低、氢同位素滞留量小等优点,在国际热核聚变实验反应堆(InternationalThermonuclear Experimental Reactor,缩写为ITER)中被用在偏滤器的上、下挡板及凸圈部位。在未来的聚变示范堆和商用堆中W基材料是最有可能被全面使用的材料。  但是W基材料也同样面临着许多问题,一方面,在托卡马克运行期间一些瞬态过程会对材料造成热冲击,导致材料表面出现裂纹、熔融、烧蚀等,这不仅降低了材料的性能、缩短材料的使用寿命,产生的灰尘一旦进入芯部等离子体,还会影响聚变装置的正常运行;另一方面,D-T聚变将产生大量的He。He离子轰击材料将产生物理溅射、离子注入效应等,这将会对材料的微观结构产生危害,还会在近表面下聚集成泡。同时,He泡的存在大大降低了材料承载瞬态热负荷的能力。因此研究W基材料在瞬态热负荷以及在瞬态热负荷和He的共同作用下的损伤情况有重要意义。  针对这些问题,本文主要做了三部分的工作:  提出了用强脉冲离子束(Intense pulsed ion beam,缩写为IPIB)装置模拟托卡马克装置中的瞬态热负荷对材料表面造成的辐照损伤的方法。对模拟的可行性进行了分析;以能量体密度和表面温度等为参照建立了IPIB和托卡马克瞬态过程边缘局域模(ELMs)的等效关系。  用IPIB装置对纯W以及稀土氧化弥散强化的的W合金在瞬态热负荷下的损伤情况进行了实验研究。  用离子注入机、离子源装置向纯W中引入He泡,用IPIB研究了注He的纯W对瞬态热负荷的响应情况。  论文对几种W基材料抗瞬态热负荷的性能进行了研究比较;揭示了He泡的存在对材料抗瞬态热负荷的影响机制,这些结果同时也表明用IPIB装置对面向等离子体材料进行检验是可行的。
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