文档介绍：第八讲核聚变反应堆材料
杨亮
南京航空航天大学
热核聚变反应堆模型
核聚变反应堆是能维持核聚变反应并能利用
核聚变和中子的装置,本章节主要介绍聚变
堆各部件选用材料的基本情况。
所用的材料主要包括:
A 热核材料;
B 第一壁材料;
C 高热流部件材料;
D 氚增殖材料
核聚变堆设计和工况条件
A 第一壁环境条件,第一壁是聚变堆中离等离子体最近的部件,应具有抗中子辐照损伤能力,对氢脆和氦脆不敏感,与冷却介质和包层材料相容性好。
B 真空壁材料的设计限值,包括使用温度、热导率、热膨胀系数、强度、弹性模量等上限要求。
C 比起裂变反应堆,聚变反应堆具有特有的材料工艺问题:超导磁体及低温技术,强磁场下导电液体的泵送技术,14MeV中子的辐照损伤、氦离子轰击和溅射起泡现象等。
1 氘:氢的一种同位素,质量数为2,又称重氢,核素符号为D或2H 。利用D和H的沸点不同,可通过普通液态氢的精馏过程进行分离。D作为聚变反应堆核燃料使用时,下列两个反应最重要
热核材料
3 3He,氦的一种同位素,质量数为3。一般通过如下核反应制备:
作为核燃料,其聚变反应为:
第一壁材料
第一壁材料介于等离子体和结构材料之间,一般是二者的过渡和缓冲,如果受中子强烈辐照,可对核燃料产生如下不良效果:
A 密度变化(肿胀和密实化)
B 硬化和脆化
C 热导率下降
D 对应力腐蚀的敏感性增强
E 蠕变加速
1奥氏体不锈钢。该材料具有良好的加工、焊接性能,与氦冷却剂和陶瓷增殖材料相容性好。但屈服强度较低,抗辐照肿胀性较差。可通过20%冷加工增强其强度和抗辐照肿胀能力,同时降低铬含量,增加镍含量,并加入微量钛可对其进行性能优化。
第一壁材料
2 铁素体和马氏体不锈钢,与奥氏体不锈钢相比,抗辐照肿胀性好,具有更高的热应力因子和更好的液态金属腐蚀行为,与候选冷却剂及氚增殖剂的化学相容性好。但对热机械处理十分敏感,退火温度和时间的变化对其性能影响较大,且焊接工艺要求较为苛刻。