中国合肥聚变工程材料实验基地1月6日电(联通讯科技记者 何静)国际聚变工程材料联合实验室今日在此间宣布,面向下一代商用聚变堆的第一壁复合材料顺利完成两万小时等效工况考核,材料在中子辐照环境下的性能衰减全程控制在设计范围内。技术评审组认定该项成果达到预期目标,为商用聚变堆部件的长寿化提供了可行的工程方案。
据介绍,国际聚变工程材料联合实验室是由多国科研机构与企业联合组建的材料研发平台,长期从事聚变堆关键部件材料的研制与考核评估。第一壁是聚变堆中直接面对高温等离子体的部件,长期承受高热流与强中子辐照,其性能衰减速度直接决定堆芯部件的更换周期与电站可用率。此次接受考核的复合材料由多种候选材料经复合工艺制备而成,重点针对辐照条件下的组织稳定性与热负荷耐受能力做了优化设计。
考核在实验基地的模拟工况装置上完成:装置按商用堆典型工况对材料试样施加等效热流与辐照剂量,期间组织多轮无损检测与取样分析,逐段比对性能曲线。评审结论显示,材料各项性能衰减均处于设计包络之内,预期使用寿命较现役材料有明显提升。实验室方面表示,考核方法与全部数据已在联合实验室体系内共享,并可接受同行复核。
实验室首席材料学家沈国梁表示,这项成果的性质是已知材料科学框架内的工程优化——改进集中在配方设计、制备工艺与部件结构等环节,并不涉及新的物理机理。「我们把每一种成熟手段用到极致,让材料在堆里『活』得更久。」他说,「两万小时考核通过,说明这条工艺路线是走得通的。」
据介绍,第一壁部件的更换是商用聚变堆运行维护中最复杂的作业之一,部件寿命的延长意味着更换频次下降、电站可用率提高,对商用堆的经济运行具有直接意义。实验室表示,本轮考核形成的工艺数据与失效分析样本已建立统一档案,供成员单位继续开展工艺改进;面向下一代商用堆的材料方案论证,也将把本轮考核结论作为基础输入。
技术评审组专家海伦娜·福格特在评审意见中提示,模拟工况与真实堆内环境仍存在差异,考核结论的外推需要谨慎,建议在下一阶段安排全尺寸组件验证,以覆盖工程放大后可能出现的新问题。据悉,实验室已计划将该项材料制成全尺寸第一壁组件,在实验堆上开展下一阶段验证,验证结果将另行发布。
(联通讯科技记者何静报道)