未来核聚变装置用面向等离子钨基材料制备、组织与性能研究

发布时间：2024-03-09 08:13

　　核聚变能是绿色、低碳、可永续发展的能源之一。目前制约实现核聚变能最关键性的难题之一就是面向等离子体材料(PFMs)。由于钨(W)具有高熔点、高热导率、高溅射阈值、低氢滞留等优点,被认为是未来核聚变装置中最有前景的PFMs候选材料之一。然而,在核聚变中高温等离子体的实际工况下,W将面临来自中子、氦(He)离子以及相应热效应三方面的多重作用,这将会使本征脆性的W更容易表现出脆性行为之外,还会使W材料表面形貌发生显著的变化。不仅如此,W还得面临因人为或自然灾害可能导致的冷却失效事故(LOCA),引发中子辐照后的W发生氧化、挥发进入大气,从而存在核放射性泄漏的风险。本文一方面以添加Y₂O₃第二相来改善材料的脆性作为出发点,批量化制备出大尺寸W-Y₂O₃复合材料,然后开展材料的力学行为、热冲击行为和He离子辐照行为研究;另一方面以添加合金化元素防止W氧化为出发点,开展W-Cr-Zr自钝化合金高温抗氧化行为研究。主要结果如下:1)考虑到W作为PFMs在工程上的应用,先后采用一系列容易实现规模化的制备工艺:湿化学...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1ITER装置结构示意图

合肥工业大学博士研究生学位论文带一个电荷，将受到Tokamak中磁场的约束，仍然以等离子中，He离子自身携带的3.5MeV能量可以转移给等离子体，实变等离子体[7]。He离子在等离子体中运行时，可能会和等离子生离子-电子碰撞，从而使He离子运行变缓慢。为了防止聚....

图1.2纯W在不同位移损伤中子辐照后的微观组织

图1.2纯W在不同位移损伤中子辐照后的微观组织。(a)0.17dpaat400°C,(b)0.96dpaat538°C,(c)0.4dpaat740°Cand(d)1.54dpaat750°C[29].Fig.1.2Mic....

图1.3多晶W材料的二维元素面谱图

W在不同位移损伤中子辐照后的微观组织。(a)0.17dpaat400°C,(b)538°C,(c)0.4dpaat740°Cand(d)1.54dpaat750°C[29].icrostructuralobservationsofp....

图1.4W经过不同He离子通量辐照后的表面形貌

合金的研究时发现，Re元素的添加不但可以有效降低材料的韧T,DuctiletoBrittleTransformationTemperature）[32]，还能改善材性[33]。Hasegawa等人[34-35]研究发现，添加少量的Re（1-3%）有效地抑制W中....

本文编号：3923161