核聚變裝置中石墨模具材料的使用狀況以及開發(fā)情況

核聚變裝置中石墨模具材料的使用狀況以及開發(fā)情況

在主要核聚變裝置中石墨模具材料的使用狀況以及今后裝置面壁材料的開發(fā)情況

（1)大型托卡馬克裝置（JT-60U）。對于日本原子能研究所正在研究的臨界等離子裝置JT-60U中，在上述的含有推力換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)合材料的各磚瓦。作為推力換向器處的面壁材料采用了研制的熱傳導(dǎo)率高、耐熱沖擊性好的CF布C/C復(fù)合材料。此外，在熱負(fù)荷比較小的第一壁使用了各向同性石墨。圖3-87所示為推力換向器的剖面圖。等離子體面壁材料中，特別是推力換向器擔(dān)負(fù)著控制維持燃燒條件He或等離子體中進(jìn)行雜質(zhì)排氣的重要作用。同時，也必須排出高的熱負(fù)荷。因此，在1997年2~5月改造了配備排氣裝置的W型推力換向器。并且對主要的托卡馬克裝置（JET、ASDEX-U、DⅢ-D等）也都同樣進(jìn)行了包含推力換向器和排氣系統(tǒng)優(yōu)化的改造。

（2)主要核聚變裝置用石墨制品。新的大型螺旋形裝置(LHD)正在建設(shè)中，其內(nèi)壁將使用各向同性石墨模具材料。圖3-89所示為主要核聚變裝置的面壁材料，CHS(CompactHelical System）磚是使用了有高熱傳導(dǎo)率的C/C復(fù)合材料的大型三維形狀的制品（鞍型）。

(3)新裝置(ITER)用推力換向器等的開發(fā)情況。

在新的大型裝置中的推力換向器，由于苛刻的粒子負(fù)荷以及熱負(fù)荷的爆射，為有良好的高熱負(fù)荷效率，壁磚材料采用冷卻管/熱水槽以冶金燒結(jié)的方式接合。圖3-90所示為新裝置（TER)推力換向器試驗體的照片。作為磚的材料雖然從提高耐升華性、耐熱沖擊性觀點開發(fā)了熱傳導(dǎo)性好的一維C/C復(fù)合材料，但由于纖維垂直方向的強(qiáng)度極低，最近的磚材料開發(fā)了熱傳導(dǎo)率為500W/（m·K)的三維C/C復(fù)合材料。另外，焊接材料主要采用銀焊條，不過為了避免銀與鎘核變換產(chǎn)生不純物質(zhì)向爐內(nèi)擴(kuò)散，也使用Cu-Mn系焊條。同時磚材料還使用高熱傳導(dǎo)性的C/C復(fù)合材料、Cu-Fe-Mo系積層結(jié)構(gòu)的接合材料?；蛞遭伈幕钚越饘俜ㄟM(jìn)行各種材料的試驗研究，以求健全性。

此外，該Z值的鎢（W)因剝落率小等原因正在研究其使用的可能性，但W的可加工性不好，且質(zhì)量重，因此石墨模具材料因具有優(yōu)良熱的機(jī)械的特性被應(yīng)用，而在真空等等離子體法中以W做襯的面壁材料也在開發(fā)中。