RAFM钢中氚氦行为的研究进展

低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是未来磁约束核聚变堆产氚包层推荐的主体结构材料,将在ITER实验包层模块中进行考核。氚及氚衰变氦-3在RAFM钢中的驻留行为将影响所产生氚的有效利用并导致材料的结构损伤,因此RAFM钢的涉氚相容性是其最终应用于聚变堆结构材料之前必须考核的问题之一。总结了国内外对RAFM钢的氚氦相容性研究进展情况,提出了一些要解决的关键问题和将来的研究方向。     

中国RAFM钢中驻留氘的热脱附行为研究

分别研究了中国自主研发的2种低活化铁素体/马氏体钢(CLAM钢和CLF-1钢)中氘的驻留情况,利用金相显微镜对材料的金相组织进行分析。结果表明,CLAM钢为等轴的回火马氏体相,而CLF-1钢金相组织为保持了板条马氏体形态的细小回火马氏体。通过氘的扩散常数计算2种钢中氘浓度分布,结果显示,CLAM钢和CLF-1钢在500℃、500kPa条件下,氘充饱和情况下氘浓度分别为7.43μg/g和5.7μg/g。在室温下放置0.5h后,CLAM钢和CLF-1钢中的氘分别损失了23%和51%。TDS实验结果表明,CLAM钢中的氘只有1个解吸峰,激活能为21kJ/mol,对应的氢陷阱为晶界和位错。CLF-1钢中的氘有2个解吸峰,解吸峰激活能为31kJ/mol,高温段解吸峰激活能为94kJ/mol。2种钢中低温段解吸峰对应的氢陷阱为晶界和位错,CLF-1钢低温段解吸峰的激活能略高是因为其晶粒尺寸小,氘原子的扩散路径更多。CLF-1钢样品高温段解吸峰对应的氢陷阱是由晶界和位错等缺陷与MC碳化物复合形成的新的氢陷阱。     

氘-氚燃料芯块低温三元相图的建立

为了完成聚变-裂变混合堆(FFHR)氘-氚燃料循环系统的概念设计,掌握氘-氚燃料芯块(D2-DT-T2)的低温性质,依据实验测量的氢同位素一元和二元相图数据、计算程序,初步建立了D2-DT-T2体系的低温三元相图。在此基础上初步分析了D2-DT-T2在19.7 K等温截断面的性质,预测了初始摩尔分数为50%-50%的液体D2-T2在三相点的平衡组成。     

氘在低活化铁素体/马氏体钢相关再沉积层中的热脱附行为

采用直流磁控溅射法,在氩气和氘气混合气氛下溅射金属靶制备铁、铬及钨与氘的共沉积层,模拟核聚变装置中燃料等离子体作用下低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢第一壁材料表面再沉积层.分别考察了在磁控溅射腔室及直线等离子体模拟装置两种平台下,氘等离子体辐照对RAFM钢相关再沉积层中氘热脱附与滞留行为的影响.研究结果表明:氘与金属...     

基于机器学习的RAFM钢中子辐照脆化预测模型研究

构建低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢的中子辐照脆化预测模型对聚变反应堆的安全运行和优化设计新型RAFM钢具有十分重要的意义。本研究基于收集的RAFM钢中子辐照数据集,采用相关性筛选、递归消除方法识别出影响RAFM钢中子辐照条件下韧脆转变温度(DBTT)的关键特征变量。利用筛选的关键特征变量,构建了具有良好预测能力的RAFM钢中子辐照DBTT预测模型。为进一步实现中子辐照条件下韧脆转变温度变化(ΔDBTT)的预测,首先构建了RAFM钢未辐照DBTT预测模型,然后将辐照前后DBTT预测模型相结合构建了RAFM钢中子辐照ΔDBTT预测模型。通过将模型预测的ΔDBTT与文献收集的数据进行对比发现,该模型具备较好的预测能力。     

液态锂铅与阻氚涂层材料相容性的研究进展

在聚变堆液态锂铅包层设计中,结构材料表面需覆盖一层阻氚涂层。涂层一般需要兼顾两方面功能：(1)高阻氢渗透因子,能够稳定地抑制氢渗透以维持反应堆的氚安全;(2)较高的耐腐蚀性能,以保证结构材料的结构完整性及热力学性能稳定性。阻氚涂层与锂铅直接接触会发生腐蚀,产生缺陷(如腐蚀坑等),影响涂层结构稳定性和阻氢渗透效率,进而直接影响涂层的服役寿命。本文重点综述了液态锂铅与阻氚涂层的相容性以及液态锂铅腐蚀对阻氚涂层阻氢性能影响的相关研究进展。已有的研究显示,Cr₂O₃-Er₂O₃-ZrO₂涂层、铝基涂层等在静止液态锂铅环境中均展现了良好的相容性和稳定的阻氢性能。本文还指出了目前相关研究存在的共性问题及未来可能的研究发展趋势。相关领域还需进行更为全面、系统的研究,为未来聚变增殖包层中阻氚涂层的服役寿命评估提供支撑。     

靶丸材料及氘氚冰层分布对冷冻靶温度场的影响

冷冻靶靶丸氘氚(DT)内冰层均匀性直接影响到惯性约束聚变(ICF)点火成功率,衡量冰层均匀性的重要指标为靶丸表面温度均匀性。本文利用CFD软件对球腔内的温度场与速度场变化进行模拟,包括恒定冷臂温度下的稳态工况和非稳态降温过程,研究了不同烧蚀层材料以及冰层形貌下的冷冻靶丸传热特性和温度场分布。结果表明,高导热性烧蚀层材料对于提高冷冻靶温度场均匀性具有积极作用,当材料的导热系数高于400 W/(m·K)时,该球形冷冻靶靶丸外表面温差已小于0. 01 m K。在非稳态降温过程中,比热容和导热系数大的高密度碳(HDC)材料的靶丸外壁面温差比碳氢聚合物靶(CH)靶丸约减少81%。     

防氚渗透涂层制备技术的研究进展

在聚变堆研究中,聚变环境中涂层材料的防氚渗透问题是聚变堆材料研究的重要课题之一.主要介绍目前常用的几种防氚渗透涂层制备技术的研究进展,并提出利用双辉技术制备梯度氧化铝涂层在316L不锈钢表面形成Al2O3和SiC复合抗氚渗透层的新技术.     

钛吸氢、氘和氚的动力学同位素效应研究

应用反应速率分析方法,在高真空金属系统上测定了钛在恒容体系和550℃～750℃范围内吸收氢、氘和氚的P-t曲线,并由此计算了各自在不同温度的速率常数,得到钛吸氢、氘和氚的表观活化能分别为(55.6±2.4)kJ/mol、(110.2±3.0)kJ/mol和(155.5±3.2)kJ/mol.钛吸氚的表观活化能最高,钛吸氢的表观活化能最低,表现出显著的动力学同位素效应,表明钛吸氚进行氚化反应较氘化和氢化更难于进行.     

高温氘离子辐照对低活化钢微观结构的影响

材料问题是可控核聚变能否实现商业应用从而解决人类能源问题的"瓶颈"之一。低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢具有良好的抗辐照性能,被普遍认为是新一代聚变反应堆的候选结构材料之一。在聚变堆环境下,材料不仅会受到高能中子辐照而且氘氚也可能进入材料中。为了研究氘离子以及辐照对低活化钢的微观结构的影响,采用CLAM钢(一种RAFM钢)和FeCr模型合金,在500℃下进行58keV氘离子辐照,利用高分辨透射电镜对比分析辐照前后材料微观结构的变化,研究辐照及氘离子对低活化钢的影响。结果表明:高温氘离子辐照不仅在材料中产生大量的缺陷和缺陷集团,同时还可能产生辐照诱导析出。而CLAM钢中原有的析出物经高温离子辐照后并没有发生非晶化,对其原因进行了讨论。     

高分子材料在氚工艺和氚防护中的应用

介绍和分析了高分子材料在基本氚工艺设备、惯性约束核聚变聚合物靶丸材料和氚个人防护中的研究和应用现状.并就建立统一的高分子材料氚渗透测试体系和进行高分子材料的各种改性研究以提高抗氚渗透性能等方面提出了建议.     

氘氚冷冻靶渗透室设计与实验

根据塑料靶丸高压渗透充气及冷冻的需求,设计了一套用于氘氚冷冻靶高压渗透充气的渗透室。渗透室采用双锥面密封结构,采用高压氦气驱动波纹管变形压紧渗透室实现密封,采用无氧铜做为密封材料,工作温度范围10—300 K,工作压力0—150 MPa。渗透室加工组装完成之后,进行了常温高压(0—150 MPa)、低温(20 K)承压检漏实验。实验表明,在经过多次高压循环之后,渗透室结构完好,无明显塑性变形,密封漏率满足使用要求。     

反应堆含氚重水提氚关键技术研究进展

基于建立的年处理１０t重水的组合电解催化交换唱色谱分离（CECE-GC）实验系统,就含氘轻水提氘 演示实验及利用含氚轻水进行含氚重水提氚模拟运行做了介绍。结果表明,２４０h含氚轻水的连续运行,CECE 系统整体浓缩倍数约为４,电解池氕、氚分离因子约为１０;８m３桙d色谱分离系统运行２３h,可将１０.５m３料气的 ９０％中的氘贫化１０００倍;氚储存系统运转正常。CECE唱GC实验系统的建立,为重水提氚技术的进一步工程化提 供了研究平台。     

金属氘化物的制备与应用研究进展

金属氘化物作为新型绿色能源材料,储氘性能优异,在能源领域应用的重要性和广泛性日益凸显.随着社会的发展与实际应用的不断深化,金属氘化物能源材料将对国家的能源战略起到至关重要的作用.金属氘化物通常是在高温环境下直接化合进行制备,由于其表面化学性质十分活泼,在空气氛围尤其是高湿度(大于60％以上)空气气氛中极易受O2、CO2、H2 O等腐蚀,进而导致金属氘化物性能改变,严重时可能存在安全隐患,使用范围受到一定限制.目前,多种金属氘化物材料如氘化锂、氘化钛、氘化锆以及氘化铈等相继被制备出且有一定的应用.本文基于金属氘化物的分类、特性以及应用,概述了几种常见金属氘化物的制备与应用研究进展,总结了金属氘化物的研究现状与进展并提出展望,意在为金属氘化物的制备研究与应用提供借鉴.     

钢桥面铺装用环氧沥青相容性研究进展

环氧沥青是一类具有优异高温、低温及耐疲劳性能的正交异性钢桥面铺装材料。由于石油沥青在溶解度参数、介电常数、密度等方面均与环氧树脂有较大差异,因此解决石油沥青与环氧树脂间的相容性问题是实现高性能钢桥面铺装用环氧沥青国产化制备的前提。本文从对沥青进行顺酐化改性、选择与沥青相容性好的固化剂以及添加增容剂三个方面综述了近年来环氧沥青相容性的研究现状,最后指出了环氧沥青钢桥面铺装中存在的问题并进一步明确了下一阶段应在耐疲劳性、耐候性以及施工便易性等方面提升环氧沥青的综合性能。     

可用于氘氚气体输运的气体循环增压泵性能测试

针对ITER氚循环增压输运需求,自主研制了气体循环增压泵,包括主泵和后级泵。主泵采用斜盘式往复柱塞结构,3个往复柱塞完成五级压缩,达到粗真空和增压效果。后级泵采用摇摆柱塞式结构,以增加流量并降低极限真空,使入口压力达到50Pa的同时出口压力仍能达到0.4MPa。使用全金属双层波纹管完全隔离主轴系统和工作气腔,保持了输运气体的纯净度。使用金属C型密封圈作为气腔与外部环境的静密封,整机密封漏率低于1.0×10^-7Pa·m³/s。测试结果表明,自研气体循环增压泵可以满足氚循环增压输运要求。     

液态金属包层中氚提取技术的研究进展

为了完成ITER液态金属包层氚提取系统（TES）的设计,针对液态包层材料——液态锂、液态锂铅、盐溶液和氟化物盐中提取氚的方法进行了调研。调研结果表明：钇粒子床法和溶盐萃取法适用于液态锂中氚的提取;膜渗透法、鼓泡器法和钠回路附设冷阱法对液态锂铅中的氚提取是很有希望的,尽管氚扩散通过锂铅合金边界层的速率缓慢,增大了氚提取的技术难度,但鼓泡器法具有更高的气一液间接触面积,自90年代以来技术发展最为成熟;氦气清洗和真空萃取法已成功运用于氟化物盐包层中氚的提取。尽管任何一种氚提取方法都有工程化的现实前景,但为解决氚提取系统中杂质影响和各种相互作用的问题,开展材料和基础化学方面的广泛研究是必要的。     

Al-Ti-Mg复合脱氧钢研究进展

钢铁冶炼过程中脱氧问题是决定钢材质量的关键环节。在对氧化物冶金可利用的脱氧产物的研究中,Ti、Mg对钢的复合脱氧形成的氧化物夹杂更加分散,具有很好的脱氧效果。针对Al-Ti-Mg复合脱氧钢,从合金的制造、夹杂物形成机理、晶粒结构、力学性能、夹杂物对铁素体形核的影响等方面的研究进展进行了综述,提出了当前Al-Ti-Mg复合脱氧技术还处于未完善阶段,仍存在许多问题亟待解决,并为未来冶金领域研究工作者进一步探索与研究提供了方向。     

对40、50轴钢的几点看法

在４０钢车轴断裂失效的模式、原因和统计分析的基础上,对４０钢和５０钢的基本力学性能进行了比较,并对４０钢和５０钢车轴的使用安全性提出了建议。     

钢桥面铺装用环氧沥青相容性研究进展

环氧沥青是一类具有优异高温、低温及耐疲劳性能的正交异性钢桥面铺装材料.由于石油沥青在溶解度参数、介电常数、密度等方面均与环氧树脂有较大差异,因此解决石油沥青与环氧树脂间的相容性问题是实现高性能钢桥面铺装用环氧沥青国产化制备的前提.本文从对沥青进行顺酐化改性、选择与沥青相容性好的固化剂以及添加增容剂三个方面综述了近年来环氧沥青相容性的研究现状,最后指出了环氧沥青钢桥面铺装中存在的问题并进一步明确了下一阶段应在耐疲劳性、耐候性以及施工便易性等方面提升环氧沥青的综合性能.