等離子體所聚變堆材料及部件研究室戚強(qiáng)課題組博士生顧守曦針對輻照損傷對固態(tài)氚增殖材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響機(jī)制開展了系統(tǒng)研究并取得一系列進(jìn)展,相關(guān)成果近期發(fā)表在核聚變研究領(lǐng)域權(quán)威期刊Nuclear Fusion 61 (2021) 106035 上。
氚增殖材料的高效產(chǎn)氚是實(shí)現(xiàn)聚變堆氚自持的保障。在服役期間,氚增殖材料會面臨嚴(yán)苛的輻照環(huán)境,包括中子輻照,高能粒子輻照,γ射線輻照等。對于固態(tài)氚增殖材料,輻照會在其內(nèi)部產(chǎn)生大量的缺陷,對材料微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷,影響增殖劑的熱力學(xué)性能,進(jìn)而影響聚變堆產(chǎn)氚包層的穩(wěn)定運(yùn)行和氚回收。
課題組針對未來的中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆CFETR水冷固態(tài)包層采用的Li2TiO3增殖劑,采用2MeV的氦離子輻照和多途徑表征分析,研究了微觀結(jié)構(gòu)損傷和力學(xué)性能變化,并根據(jù)硬度理論將損傷類型與納米壓痕硬度建立了聯(lián)系,闡明了輻照損傷影響力學(xué)性能的機(jī)制,為評估增殖劑輻照穩(wěn)定性提供了參考方法,為材料優(yōu)化提供了指導(dǎo) (Nuclear Fusion 61 (2021) 106035;Fusion Engineering and Design 121 (2017) 182–187)。課題組還在中子輻照產(chǎn)氚方面開展了系統(tǒng)研究,分析了CFETR首選固態(tài)氚增殖材料以及新型氚增殖材料的中子輻照釋氚行為,獲得了氚釋放與滯留特性參數(shù),揭示了影響氚釋放的關(guān)鍵因素,為氚的高效回收提供指導(dǎo)性建議;并且細(xì)致評估了國內(nèi)各主要生產(chǎn)單位的氚增殖材料釋氚性能,為氚增殖材料的選擇提供建議(Journal of Nuclear Materials 539 (2020) 152330; Nuclear Materials and Energy 28 (2021) 101036)。課題組也針對輻照和長期高溫服役條件下的熱傳導(dǎo)行為開展研究,獲得了相應(yīng)的熱傳導(dǎo)數(shù)據(jù),為聚變堆包層設(shè)計(jì)提供支持;并且對未來百噸級氚增殖材料的保存問題開展了深入研究,提出了保存建議((Ceramics International 47 (2021) 11481–11490;International Journal of Hydrogen Energy, 43(27) (2018) 12295)。
課題組多年來對固態(tài)氚增殖材料的相關(guān)研究,是以未來聚變堆應(yīng)用中所涉及的服役環(huán)境為驅(qū)動,涉及輻照對熱力學(xué)性能的影響、中子輻照產(chǎn)氚及釋放行為、長期高溫服役的穩(wěn)定性等,為聚變堆包層設(shè)計(jì)和氚增殖材料優(yōu)化提供了重要參考。
論文鏈接:
https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac18de
http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.07.015
https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2020.152330
https://doi.org/10.1016/j.nme.2021.101036
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.12.276
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.05.050

