聚变堆材料(部分示意,仅供参考)
托卡马克的基本慨念
螺旋磁场的不均匀性 大环外侧磁场最小；大环内侧最大。 造成的结果：因为有磁场梯度存在，所以带电粒子通旋中心的运动是 由沿磁力线的导引运动和磁漂移两部分合成。 两类粒子 “捕获粒子”或“约束粒子”： 托卡马克等离子体外侧磁场 比内侧磁场低。 平行于磁场的低速 度粒子没有足够的能量进入强场 （内侧）区，并且在外侧被捕获，
描述这类平衡条件下对给定的外部磁场，等离子体内部压强剖面和极向磁通面的结构。 是托卡马克物理研究的出发点。 （极向磁通面将在下面简要介绍）
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等离子体磁通函数，电流通量函数（一般了解） 为 了 研 究 托 卡 马克 中 与 磁 场 密 切相 关 的 平 衡 问 题， 引 入 磁 通 函 数
（仿星器螺旋绕组示意图 1）
（仿星器螺旋绕组示意图 2）
螺旋磁场约束优点分析： 在螺旋场中，相对于磁轴而言，带电粒子的位置不断变化，其对应的漂 移方向也改变（在大环内侧，漂移运动指向磁轴，在大环外侧，漂移运动偏 离磁轴） ，平均而言，带电粒子在磁轴附近运动，形成良好的约束。
（同心圆环磁场）
（螺旋环形磁场）
3. 等离子体在环形螺旋磁场中的约束
环形螺旋磁场的必要性 假设没有等离子体电流，仅存在外部纵向磁场时，磁场由为同心圆的 磁力线组成，在该种磁场中，带电粒子受两种向外的力： （1） 离心力――运动的带电粒子沿磁力线运动，受向外的离心力。 （2） 磁梯度力――环内侧的磁场强度大于外部，带电粒子受向外 的磁驱动力。
4. 托卡马克等离子体平衡、平衡(Grad Shafranvo)方程
导言： （a）托卡马克中等离子体的质量非常小，一般仅 10-4 克/m3，不考虑重力因素： （b）载流的环形等离子体柱有向外扩张的趋势，且受力大（10 吨/m3） ，如不设
国际热核聚变实验堆(ITER)计划
国际热核聚变实验堆 （ !"#$） 计划 !
赵! 君! 煜 &
（ 中国科学院等离子体物理研究所! 合肥! #"$$"’ ）
摘! 要! ! 聚变能目前是认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一( 经过许多科学工作者 半个多世纪的努力， 磁约束聚变研究取得了重大的进展( 集成当今国际受控磁约束核聚变研究的主要科学和技术 成果， 合作建立与未来实用聚变堆规模相比拟的受控热核聚变实验堆 )*+, （ -./01.2/-3.24 /50163.784021 09:01-60./24 1028/31） ， 成为国际上大家的共识( 文章就 )*+, 及相关的情况进行一些介绍( 关键词! ! )*+,， 核聚变， 等离子体， /3;262;
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聚变堆(内部精品资料)ppt课件
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五、聚变装置
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聚变装置－基本组成
环形堆芯等离子体 Plasma 包层Blanket (多模块，VV内） 偏滤器Divertor (多模块，VV内） 真空室 Vacuum Vessel 环向磁场约束线圈TFC（ Superconducting toroidal
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四、聚变研究
1、历史溯源 1919年 英国物理学家Aston 发现轻核的聚变可释放能
量；Rutherford发现轻核以高能碰撞可发生核反应。 十几年后，理论分析提出太阳内氢原子在几千万度高
温下聚变成氦的假设。 二战期间美、苏研究聚变：
美：费米(Fermi),泰勒（Teller);英：汤姆逊 （Thomson)等提出箍缩效应约束等离子体。
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（2）劳逊（Lawson)判据（现实）
聚变反应所产生的能量回收＝维持热核工况 所须能量。（考虑损失）。 当T＝10 keV 时，
T ＝1.24×1021 (keV m-3.s) D-D反应： 当T＝50 keV，
T ＝2.5×1023(keV m-3.s)
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（3）点火条件（运行）
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3、解密和以后时期
近二十年的努力目标仍难以实现；保密阻碍发展，研究 工作停滞不前；急于建成聚变堆不切合实际。科学家要 求交流。 1958年日内瓦第二次和平利用原子能会议达成协议：美、 英，苏公开聚变研究计划。日本成立聚变分会。62年起 每3年举行一次国际等离子及受控核聚变会。 难题：等离子体不稳定，约束时间短。 68年第三次会议。阿齐莫维奇在T-3达到： 电子温度1kev, 离子温度0.5keV, T =1018 kev m3.s
第四章核能材料.解析
4.改进型水冷动力反应堆材料
4.1 压水堆堆芯新材料 压水堆堆芯部件的工作条件十分苛刻，因而 对其运行的可靠性、经济性和安全性要求越来越 高。为了满足这种要求，一方面堆芯设计不断更 新，另一方面制造部件所使用的材料也将随之改 进。目前没根据核能发展需要而开发的压水堆堆 芯新型材料最具有典型的锆合金包壳材料。水冷 动力堆堆芯的另一种改进型材料是可燃毒物材料 。研究表明，Gd2O3是一种良好的材料。
4.1.2 锆-2.5铌合金
锆-2.5铌合金主要成分是2.5%-2.8%（质量） Nb和1000×10-6-1300×10-6O.添加Nb可以使合 金得到强化并提高耐蚀性，少量的氧也可以强化 合金，在合金重要严格的控制有害杂质氢和碳、 氯和磷。前者容易造成合金氢化开裂；后者会降 低其断裂韧性。 锆-2.5铌合金主要性能： 微观组织和断裂韧性 晶粒结构由β-Zr薄膜围绕α晶粒组成。该薄膜 可以连续或轻度破损；α粒子基极基本上呈现平行 于周向的织构；位错密度等于10-14，断裂韧性大 于250MPa.m1/2。
核能就是指原子能，即原子核结构发生变化时释放出的 能量,包括重核裂变或轻核聚变释放的能量。1938年德国化 学家哈恩首次揭示了核裂变反应，他通过研究发现，铀235在中子的轰击下分裂成两个原子核，同时放出三个中 子，这一过程伴随着能量的放出，这个过程就是核裂变反 应，放出的能量就是核能。物质所具有的原子能比化学能 大几百万倍以至上千万倍。
238U和232Th资源丰富，为核能的利用提供 了广阔的材料来源。此外，由于铀238和钍232是 能够转换成易裂变核素的重要原料，且其本身在 一定条件下也可产生裂变，所以习惯上也称其为 核燃料。聚变燃料包含氢的同位素氘、氚，锂和 其它化合物等。核工程材料是指反应堆及核燃料 循环和核技术中用的各种特殊材料，如反应堆结 构材料、元件包壳材料、反应堆控制材料、慢化 剂、冷却剂、屏蔽材料等等。核材料必须置于设 有多重实体屏障的保护区内，并实行全面管制与 统计，防止损失与扩散。
可控核聚变炉壁材料
可控核聚变炉壁材料
可控核聚变炉壁材料是聚变等离子体可控核聚变中的重要组成部分，需要具备优良的导热性、抗辐射性和耐高温性能。
目前常用的材料包括石墨、金属和陶瓷等。
石墨是一种常用的材料，具有良好的导热性和抗辐射性，适用于制作核聚变炉壁和隔热材料。
金属材料可以用于制造限制等离子体运动的材料，如聚变四极磁场导体。
陶瓷材料则可以用于制造高温下的热减阻材料。
此外，为了实现更好的核聚变效果，还需要对这些材料进行精密的加工和制造，以满足聚变等离子体的特殊要求。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询核聚变领域专家。
高中物理第4章核能第3节中国制造首件产品交付国际热核聚变实验堆现场素材鲁科版选修3-5(new)
中国制造首件产品交付国际热核聚变实验堆现场记者从中科院合肥物质科学研究院了解到,由中科院等离子体所研制的国际热核聚变实验堆计划（ITER）极向场导体采购包PF5导体成功交付法国卡达哈什ITER总部。
这是中方首件交付ITER现场的产品。
中方承担了国际热核聚变实验堆计划PF导体采购包64根导体，均由中科院等离子体所负责制造。
ITER计划PF导体是外方内圆的异型导体,其制造工艺复杂。
等离子体所超导磁体及电力节能应用技术研究室通过自身努力，完成了异型管焊接、铠甲及焊缝无损检测、导体成型及收绕型技术的研发。
2012年1月12日，PF5导体在ITER国际组织及中国国际核聚变能源计划执行中心的见证下顺利完成.科研人员对其进行了各种接收测试。
2013年3月在所有交付文件通过的基础上,按照PF 导体技术要求，等离子体研究所将PF5导体进行了包装.4月25日,导体从等离子体所运出，首先经过500公里的陆路从合肥到达上海港，后经海、陆运，于6月3日到达ITER总部,整个行程共38天.抵达后，ITER磁体部门负责人及欧洲核聚变能源机构代表检测了导体包装箱.美、法等国在20世纪80年代中期发起耗资46亿欧元的国际热核聚变实验堆计划，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆,为人类输送巨大的清洁能量。
这一过程与太阳产生能量的过程类似,因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。
中国是参与这个计划的七方成员之一，承担了ITER装置近10％的采购包。
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国际热核聚变实验堆_ITER_计划及标准化现状简介
国际热核聚变实验堆(I T E R)计划及标准化现状简介李国青(核工业标准化研究所)介绍了国际热核聚变实验堆(I T E R)计划的产生背景及发展过程。
简述了国际I T E R标准化研究的现状及我国在I T E R标准化研究领域中开展和将要开展的工作。
关键词 I T E R 标准化1 引言核聚变能是资源无限、清洁安全的理想能源。
氘氚核聚变反应的原料是氘(从海水中提取)和锂(可产生氚),在地球上储量极为丰富,足够人类使用一亿年。
反应产物是没有放射性的氦,不存在温室气体排放和环境污染问题;聚变中子对堆结构材料的活化也只产生少量短寿命放射性物质。
聚变反应堆本身是安全的,没有核泄漏、核辐射等潜在威胁。
因此,核聚变能是目前认识到的最终解决人类能源问题的最重要的途径之一。
2 I T E R计划相关背景国际上对核聚变的研究已坚持不懈地进行了半个多世纪,并取得了突破性进展。
1985年美国和苏联联合提出通过国际合作建造“国际热核聚变实验堆(I T E R)计划”,用以验证核聚变能大规模应用的科学和工程技术可行性。
其后,欧盟、美国、俄罗斯、日本等国的科学家和工程技术人员,集成当今国际上主要的核聚变能科学和技术的先进成果,经过十几年的努力,于2001年完成了I T E R计划的工程设计及关键部件的研发。
各国评估报告都认为,建造I T E R已没有不可逾越的障碍。
I T E R计划总投资约50亿欧元,预计整个项目的建设期为10年,2018年完工并产生第一个等离子体。
其设计总聚变功率达50万千瓦,是一个与未来实用聚变堆规模相比拟的聚变实验堆,它将研究聚变电站(示范堆和商用堆)一系列的关键科学和工程技术问题,是人类实现受控核聚变的关键一环。
欧盟、俄罗斯、日本、中国、韩国、美国和印度等七国政府都强调了I T E R项目建设的重要性。
美国在重返I T E R计划时发表声明,指出:“聚变能的商用化对美国能源安全和环境具有重要意义,而I T E R作为聚变能国际合作项目,将推动聚变能在本世纪中叶商用化。
核聚变反应堆的材料科学研究
核聚变反应堆的材料科学研究在当今能源需求不断增长、传统能源面临诸多限制的背景下，核聚变作为一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源，成为了科学界和工程界的研究热点。
然而，要实现可控核聚变并将其转化为实用的能源，面临着众多巨大的挑战，其中材料科学的研究是至关重要的一环。
核聚变反应发生在极高的温度和压力条件下，对反应堆内所使用的材料提出了极其苛刻的要求。
首先，材料需要能够承受高温环境，通常在数千万度甚至更高的温度下保持稳定的物理和化学性质。
在这样的高温下，大多数常规材料都会迅速熔化、气化甚至发生分解。
其次，材料还需要承受强大的中子辐照。
在核聚变反应中，会产生大量高能中子，这些中子会与材料中的原子发生碰撞，导致原子移位、产生缺陷，并引起材料的结构和性能发生变化。
长期的中子辐照可能会使材料变脆、失去强度，甚至出现放射性。
另外，核聚变反应堆内的材料还需要具备良好的导热性能。
快速将反应产生的热量导出，对于维持反应堆的稳定运行和防止局部过热至关重要。
同时，材料也需要具备良好的抗腐蚀性能，以应对复杂的化学环境。
在众多材料中，钨及其合金由于其高熔点、高强度和良好的抗中子辐照性能，成为了核聚变反应堆中面向等离子体部件的候选材料之一。
然而，钨在高温下容易脆化，并且其加工难度较大，这给实际应用带来了一定的困难。
科学家们正在通过改进制备工艺、添加合金元素等方法来改善钨材料的性能。
另一种备受关注的材料是碳化硅复合材料。
碳化硅具有良好的高温稳定性、导热性和抗辐照性能，同时其密度相对较低，有利于减轻反应堆的重量。
但碳化硅在高温下与氢气等气体的反应以及其复杂的制备工艺仍然是需要解决的问题。
除了上述材料，一些新型的高温超导材料也在研究之中。
这些超导材料在低温下能够实现零电阻，有助于提高磁场强度，从而更好地约束等离子体。
但超导材料的低温工作条件和复杂的冷却系统也带来了一系列技术挑战。
为了开发出适合核聚变反应堆的理想材料，科学家们采用了多种研究方法。
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1、核聚变反应堆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
2、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(指材料中掺入氢气、氦气，材料会变脆，相应性能降低)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。
3、第一壁材料
（1）奥氏体（可以说是铁的同位素钢中性能最好的一种，应用范围最广，但也不绝对）不锈钢。
优点：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；
缺点：但屈服强度较低，抗辐照肿胀性较差。
（2）铁素体和马氏体不锈钢
优点：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；
缺点：但对热机械处理十分敏感，退火（钢材料性能改善的手段之一，退火温度由相图决定。
简单地讲，就是将钢的温度加热到某一温度，使晶格发生变化，以达到某种性能，再在这一新材料的基础上用某种手段降温至室温，降温速度不同，材料变形不同）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。
（3）钒合金
优点：具有优良的高温力学性能、抗腐蚀肿胀性能和低中子活化特性，与高纯氦相容性好，一般需要在合金表面覆镀一层绝缘性膜；
缺点：不过存在氢脆现象，且钒合金的工业生产经验和性能数据较为贫乏，目前通常在惰性保护气体或真空环境中进行该合金的焊接工作。
（4）SiC/SiC复合材料
优点：具有优良的高温性能。
在氦冷却介质系统中可工作到800摄氏度，可大大提高能源系统的热效率。
它比金属类材料在安全、维护和放射性处理方面具有更大的优势。
缺点：影响SiC/SiC复合材料性能的关键环节是在结合基体材料之前沉积在纤维预型上的纤维和基体间的界面层，一般用碳。
复合材料的首选工艺是化学气相渗入法（渗N2、C）（CVI）。
中子辐照对其热导率的影响与辐照温度密切相关，即辐照温度越低，则热导率下降越多。
4、高热流部件材料：指孔栏和偏滤器中承受高热负荷的部件。
（1）铜合金
优点：可消散等离子体破裂时产生的局部过热作用。
铜合金具有良好的导热效率(仅次于银)；缺点：但是易受因素影响而变弱：
A 辐照缺陷组分在低温辐照达到饱和值，相当与热导率降低
B 沉淀或氧化物粒子由于高能离位级联冲击而溶解
C 嬗变产物（Ni、Zr和Co等）的积累
（2）钼合金
优点：具有熔点高、高温强度高、高热膨胀系数、溅射产额低等优点。
且高温下抗晶粒长大（晶粒越小，强度、硬度低，塑性、韧性好），稳定性较好，但延展性小。
目前有钼钛合金、钼铼合金等产品。
缺点：钼合金的发展目标是抑制再结晶脆性和辐照脆性。
（3）铌合金
除了存在与氢相互作用的问题，其他性能均比钼合金优越，如在惰性气氛中较易焊接，抗辐照脆化性好。
5、面向等离子材料：是一种保护第一壁、孔栏和偏滤器部件结构材料，使其免受等离子体逃逸粒子的溅射作用。
其具体要求为：具有低溅射速率、高热冲击抗力、高热负荷能力、低氚存留量、低活化放射性和低衰败余热，一般要求为低原子序数的材料，如碳和铍。
（1）碳纤维复合材料
优点：碳基材料因原子序数低而与等离子体有良好的相容性，具有极好的抗热冲击能力。
不易高温下熔化，在高热流密度下有良好的热力学性能。
缺点：不过对氚的滞留行为有不利的影响，可能与氚共沉积。
中子辐照也可减小碳基材料的热导率
（2）铍
优点：其原子序数比碳还低，对氧的亲和力高，与氢无相互作用，低感生活性和高中子倍增能力，可作为很好的面向等离子材料；
缺点：不过存在熔化温度低，蒸气压高，物理溅射产额高，具有一定毒性等缺点。
（3）钨与钨合金
优点：钨是熔点最高的金属，蒸气压最低，热导性好，高温强度高，不与氢反应，不与氚共沉积，是良好的高热流密度部件的保护材料；
缺点：其缺点是具有再结晶脆性和辐照脆性，其能量较高时，自溅射系数大。
6、氚增殖材料：氚增殖材料可与结构材料、冷却介质及其他材料一起构成聚变堆的包层，从而产生氚，并将聚变能转变为热能并由冷却剂带走。
具有三个功能：a 将聚变能转变为有用的热并传给冷却剂；b 生产氚燃料；c提供对人员和敏感部件的核防护，即要求其锂密度高，热中子吸收截面小。
（1）液态增殖材料
具有如下优点：氚回收容易将其直接引到包层外，不存在辐照损伤、高热导率等。
（2）陶瓷增殖材料
具有优良的热物理性质和力学性质，较高的氚释放能力，特别是具有很好的热稳定性和化学惰性，符合安全标准。
老师说：主要是材料的功能和优缺点。
老师的口很紧，所以内容比较多。