石墨模具材料在主要核聚變裝置中的應(yīng)用及未來裝置面壁材料的發(fā)展

(1) 主要核聚變裝置用石墨制品。 新的大型螺旋裝置 (LHD) 正在建造中，其內(nèi)壁將使用各向同性石墨模具材料。 圖 3-89 顯示了主核聚變裝置的面壁材料。 CHS（CompactHelical System）磚是采用高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料的大型三維造型產(chǎn)品（馬鞍型）。

(2) 新設(shè)備（ITER）推力反向器的開發(fā)。

    在新的大型裝置的推力反向器中，由于嚴(yán)重的顆粒載荷和熱載荷爆破，墻磚材料采用冷卻管/熱水箱進(jìn)行冶金燒結(jié)，具有良好的高熱載荷效率。 圖 3-90 顯示了新裝置 (TER) 推力反向器試驗(yàn)體的照片。 作為磚材料，從提高抗升華性和抗熱震性的角度出發(fā)，開發(fā)了具有良好導(dǎo)熱性的一維C/C復(fù)合材料。 但由于纖維垂直方向的強(qiáng)度極低，最近開發(fā)了一種熱導(dǎo)率為500W/(m·K) 3DC/C復(fù)合材料的磚材料。 此外，銀電極主要用作焊接材料，但也使用Cu-Mn電極，以防止因銀和鎘的核轉(zhuǎn)變而使雜質(zhì)擴(kuò)散到爐內(nèi)。 同時(shí)，磚材料還采用了高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料和Cu-Fe-Mo基疊層結(jié)構(gòu)粘結(jié)材料。 或采用鈦箔的活性金屬法，對(duì)各種材料進(jìn)行試驗(yàn)研究，以求穩(wěn)固性。

    此外，具有該Z值的鎢(W)由于剝離率小等原因，正在研究其使用的可能性，但W加工性差且重量大，因此石墨模具材料具有優(yōu)異的熱性能和機(jī)械性能。 應(yīng)用，以及在真空等等離子法中襯W的壁材也在開發(fā)中。    

(3)大型托卡馬克裝置（JT-60U）。 對(duì)于日本原子能研究所正在研究的臨界等離子裝置JT-60U，上述含有推力反向器的等離子面壁材料中使用了石墨模具材料或C/C復(fù)合材料的每一瓦。 作為推力反向器的面壁材料，采用了開發(fā)的具有高導(dǎo)熱性和良好抗熱震性的CF布C/C復(fù)合材料。 此外，各向同性石墨用于熱負(fù)荷相對(duì)較小的第一壁。 圖 3-87 顯示了推力反向器的剖視圖。 在等離子體壁材料中，尤其是推力反向器在控制和維持等離子體中的燃燒條件He或雜質(zhì)排放方面起著重要作用。 同時(shí)，還必須消散高熱負(fù)荷。 因此，從 1997 年 2 月到 5 月，對(duì)裝有排氣裝置的 W 型推力反向器進(jìn)行了改造。 主要托卡馬克裝置（JET、ASDEX-U、DIII-D等）也進(jìn)行了改裝，包括推力反向器和排氣系統(tǒng)優(yōu)化。