研究方向 - 聚变堆材料及部件研究室 - 中科院等离子体物理研究所 zh-CNiwms.net <![CDATA[聚变堆材料及部件研究室 - 中科院等离子体物理研究所]]> pic/logo.gif http://frm.ipp.ac.cn/ <![CDATA[结构部件组]]> Tue, 05 Nov 2013 12:33:43 GMT 负责面向等离子体材料和部件研发工作；面向EAST、WEST、ITER及CFETR需求，开展钨铜偏滤器和包层部件关键材料及连接技术研发，重点解决工程制造中的材料难题；同时依托CRAFT平台，开展以高热负荷为代表的面向等离子体材料/部件的关键服役行为研究。

◆ 世界首次全钨水冷偏滤器部件批量制造

EAST钨铜偏滤器 - 2010年与安泰科技股份有限公司和西安交通大学开展合作，2014年4月完成了EAST上偏滤器钨铜部件的加工制造和安装。迄今成功承受住多轮高参数长脉冲放电考验，对ITER钨偏滤器关键工程技术进行了初步验证。

 

◆ 钨铜高热负荷部件设计与制造

 

◆ CFETR水冷包层模块关键制造技术开发

 

◆ 实验平台研发（国际一流的电子束高热负荷装置）

 

◆ 面向等离子体材料/部件关键服役性能研究

 

◆ 面向未来实验堆和示范堆的新材料研发

钨纤维增韧钨基复合材料、钨合金，铜合金，原位氧化α-氧化铝、阻氚涂层等新材料研发工作。

聚变堆新材料一 钨纤维增韧钨基复合材料

 

聚变堆新材料二 激光增材制造钨合金

 

聚变堆新材料三 铜合金

 

聚变堆新材料四 铁基阻氚材料

]]> <![CDATA[功能材料组]]> Mon, 04 Nov 2013 12:36:16 GMT 负责BEST、CFETR聚变装置内部包层功能材料（氚增殖材料、中子倍增材料、屏蔽材料和碳化硅纤维插件等）的研发和性能评估。氢同位素在功能材料中的释放、渗透以及滞留行为；功能材料的辐照效应及氢氦行为研究；功能材料在反应堆服役环境下的热、力以及腐蚀等性能的评估；材料第一性原理和分子动力学计算模拟。

◆ 中子辐照产氚性能研究

氚的相关数据是聚变工程试验堆所急需的，氚的生产和回收影响因素繁多，如何提高产氚量，并实现氚的高效回收，关系到聚变堆持续运行的重要科学问题。通过中子辐照产氚实验能够揭示氚在增殖材料中的输运机制，获得氚的动力学参数，为CFETR工程建设和模拟提供参数。同时细致分析增殖材料微观结构参数对氚释放的影响，为氚增殖材料的优化提供方案。

 

◆ 先进功能材料研发

发展紧凑型聚变堆等安全高效的先进核能系统是国家的重大战略需求。由于空间的有限性，需要研发高性能的屏蔽材料。通过研发先进屏蔽材料能够有效的解决聚变堆辐射问题，确保聚变堆的安全有效运行。

 

◆ 材料辐照效应

聚变堆材料处于严苛的辐照环境，将在材料中产生严重的辐照缺陷，导致材料微观结构损伤，以及热力学性能变化，影响反应堆的运行寿命及氚的回收。评估材料的辐照效应，开发新型耐辐照材料。

 

◆ 材料腐蚀性能

功能材料在反应堆服役环境中，与水、锂铅等材料长期接触将产生腐蚀，同时功能材料与结构材等接触也会腐蚀结构材料从而影响材料的力学、热学以及氚渗透性能，给反应堆的安全稳定运行带来隐患，需要对材料腐蚀性能进行评估以满足反应堆的安全稳定运行。

 

◆ 第一性原理和晶格动力学计算

第一性原理密度函数理论不依赖任何经验参数，根据材料的晶体信息参数，就可以得到材料的各种热力学性能等数据。对聚变材料的评估和优化提供指导作用。

]]> <![CDATA[氚与材料组]]> Sun, 03 Nov 2013 12:33:43 GMT

氚是氘-氚核聚变重要原料，理解其与聚变堆材料相互作用机理与规律是本课题组主要研究目标。通过依托或建设世界一流的直线等离子体装置集群，重点研究：

  • 氢同位素在材料中渗透与滞留
  • 氢同位素对材料改性
  • 氚环境产生与测量
  • 第一壁材料与部件等离子体辐照考核

已有平台：

 

在建平台：

]]> <![CDATA[PMI组]]> Sat, 02 Nov 2013 12:35:41 GMT 发展先进光谱壁诊断技术，运行和维护EAST偏滤器杂质光谱系统、激光诱导击穿光谱系统（LIBS）和材料实验平台；依托EAST和实验室平台开展等离子体与壁材料相互作用(PSI)的实验和模拟研究。

◆ 偏滤器光谱诊断

偏滤器多道可见光谱系统 - 监测偏滤器多种粒子的光谱信号，开展偏滤器杂质产生及其控制研究，促进对偏滤器等离子体脱靶过程的理解。

 

◆ 激光诱导击穿光谱诊断

激光诱导击穿光谱系统 – 实时原位监测偏滤器/壁表面杂质成分和燃料滞留，获得杂质含量、厚度、分布和氢氘比信息。促进对壁材料表面杂质沉积和燃料滞留过程的认识和控制。

 

◆ 聚变托卡马克装置大型材料实验平台

MAPES平台 - 结合模拟软件，开展材料与等离子体相互作用的实验研究，如材料样品辐照、表面改性、滞留渗透、溅射沉积等性质的研究。

 

◆ 辐射偏滤器充气实验

辐射偏滤器充气系统 - 主动向偏滤器区域或中平面附近注入Ar、Ne、D2 等气体，通过电离和电荷交换等过程减小到达偏滤器靶板的粒子流和热流。

 

◆ 边界等离子体模拟

SOLPS模拟 - 利用大型边界模拟软件SOLPS对托卡马克边界等离子体的分布和演化进行模拟，通过对比拟合实验结果深入分析相应的物理过程，开展相应的优化设计并对未来的实验进行预测。

 

◆ 多尺度等离子体和壁相互作用模拟

利用三维磁流体程序EMC3-EIRENE模拟以及自研的多尺度模拟程序研究EAST上靶板表面的稳态、瞬态热负荷、溅射等等离子体-壁相互作用过程（PWI, plasma-wall interactions）。

 

◆ 第一壁热流估计

]]> <![CDATA[直线装置组]]> Fri, 01 Nov 2013 00:45:50 GMT 面向国家重大战略需求，负责高束流直线等离子体源的研制与运行；依托研究室的先进等离子体源以及高热负荷壁材料技术，开展等离子体与材料相互作用(PSI)的研究，以及探索先进等离子体源在深空探测和近地空间的等离子体推进等创新应用。

◆ 实验平台研发

高束流直线等离子体装置

建成国际上参数水平最高的直线等离子体装置及其辅助系统，可产生聚变堆偏滤器参数水平的稳态大束流等离子体，开展粒子/热/辐照损伤协同效应研究，实现偏滤器材料/部件辐照后的原位/离位分析。

图 1级联弧等离子体源预研平台

图 2 正在建设的国际上参数水平最高的直线等离子体装置及其辅助系统

 

◆ 实验室特色等离子体平台

等离子体驱动渗透平台PREFACE，用于等离子体于材料相互作用等离子体驱动渗透研究。

图 3 等离子体驱动渗透平台 PREFACE

高密度螺旋波等离子体源PANTHER，用于螺旋波等离子体与离子回旋加热研究。

图 4 高密度螺旋波等离子体源PANTHER

超导型变加速等离子体发动机STAR，用于大功率可变比冲磁等离子体推进技术研究。

图 5 超导型变加速等离子体发动机STAR

射频等离子体微型推进器ART，用于射频微型电推进器研究。

图 6 射频等离子体微型推进器 ART

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