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钨偏滤器材料及部件关键技术研究取得系列关键成果
文章来源: 王万景、李强 图:王万景、李强 发布时间: 2021-07-20

  偏滤器直接承受着来自高温等离子体的极高热流和粒子流冲击,其材料制备及部件制造技术一直是聚变界不可回避的巨大挑战。十几年来,作为我国聚变堆钨铜材料及部件的开拓者,中科院合肥研究院等离子体所研究员罗广南带领聚变堆材料及部件研究团队,从HT-7的等离子体喷涂钨铜活动限制器开始,一直致力于聚变堆先进钨铜材料及部件的研发,取得了系列关键成果。

       通过产学研结合,不断深耕,先后研制出中国的ITER级轧制钨板、中国第一个钨铜复合块和中国的第一个钨铜穿管模块和钨铜平板模块,实现了我国钨铜偏滤器工程“零”的突破。在此基础上,团队先后完成了EAST上偏滤器钨铜穿管+平板组合部件以及下偏滤器钨铜穿管部件的批量生产、无损检测及高热负荷测试工作,承接并圆满完成了法国WEST装置偏滤器全部钨铜部件的制造和出口合同,实现了我国钨铜偏滤器部件从“跟跑”“并跑”到“领跑”的角色转变,助力EAST屡创长脉冲高参数放电世界纪录。

  2011年底,团队研制出的我国第一个热等静压钨铜穿管模块通过了8.4MW/m2高热负荷考核,等离子体所随即部署启动了EAST偏滤器升级改造计划——将热排出能力2MW/m2的石墨偏滤器升级为热排出能力为10MW/m2的水冷钨铜偏滤器。2012年初钨铜部件研发任务确定后,团队经过一年的攻关,成功开发出基于热等静压方法的10MW/m2钨铜穿管单元和5MW/m2钨铜平板单元的批量生产技术,2013年夏进入批量生产阶段。

  鉴于EAST钨铜上偏滤器的成功,2015年以来,团队研发的钨铜部件也走上了国际舞台。与ITER签约研制的钨铜穿管模块承受住了5000次10MW/m2加上1000次20MW/m2的高热负荷辐照,超过了ITER设计要求。为法国CEA研制的钨铜平板模块承受住了102次10MW/m2,加102次15MW/m2,再加302次20MW/m2高热负荷辐照的考验,刷新了平板结构高热负荷试验的世界记录。在此基础上,团队通过国际公开竞标,于2018年底成功拿下CEA的WEST装置偏滤器的456个钨铜穿管单元的生产合同,并于2020年9月底完成了全部产品交付,现已投入WEST装置实验运行中。

  2020年7月,EAST下偏滤器从石墨升级到钨铜部件的工作开始启动。团队接受1100件钨铜穿管单元的生产任务,克服重重困难,于2021年3月29日完成了全部生产任务。团队又利用自研的电子枪高热负荷测试平台投入到钨铜穿管和平板单元的抽检工作,圆满完成测试任务,为5月28日EAST再创1.2亿度101秒可重复等离子体放电的新世界纪录做出了贡献。

   论文链接:

  http://0mn.285tyc.com/10.1088/0031-8949/2007/T128/001 

  http://0mn.285tyc.com/638/10.1016/j.jnucmat.2007.01.175 

  http://www.061tyc.com/998/10.1016/j.fusengdes.2009.08.006 

  http://www.eme.1115SHENBO.COM/10.1016/j.fusengdes.2010.02.017 

  http://www.eqf.SBCSB00.COM/10.13182/FST12-A14104 

  http://www.18sbvip.com/386/10.1016/j.fusengdes.2013.03.076 

  http://www.eqf.1387612.com/10.13182/FST14-835 

  http://www.29sbvip.com/371/10.1016/j.fusengdes.2015.06.142 

  http://www.ksa.SBCSBC99.COM/10.1088/1741-4326/aa6502 

  http://www.dmv.1387616.com/10.1016/j.fusengdes.2017.06.009 

  http://www.mop.5798009.com/10.1088/1402-4896/aa8921 

  http://0mn.285tyc.com/10.1016/j.fusengdes.2018.02.063 

  http://www.xrs.5798115.com/10.1016/j.fusengdes.2019.03.127 

  http://0mn.285tyc.com/296/10.1016/j.fusengdes.2019.111384 

 

   
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