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钨功不可没!中国人造太阳实现亿度百秒运行

  5月28日凌晨,中国人造太阳——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)打破世界纪录,成功实现在1.2亿摄氏度下可重复燃烧101秒和1.6亿摄氏度下能燃烧20秒。
  本次等离子体运行时间之所以能延长5倍(原纪录:1亿摄氏度20秒),主要是因为我国首次在国际上采用全金属主动水冷第一壁、高性能钨偏滤器、稳态高功率波加热等关键技术。
  偏滤器被认为是在核聚变领域最难生产和制造的部件之一,能有效控制EAST装置放电过程中等离子体杂质和燃料的再循环,幷排出热流和粒子流以及氦灰,进而在一定程度上延长其它部件的使用寿命。由于它的工作环境极为恶劣,需要承受高温等离子体辐照以及强粒子流和高热流的冲击,所以高性能金属钨也就自然而然地成为了面向等离子体材料的优选。
  过渡金属钨基本能满足高性能面向等离子体材料的要求,即需要具备熔点高、耐热性好、溅射低、氢(氚)滞留量小、蒸发速度慢、韧性好、抗辐射能力强、生物兼容性佳、无毒、无放射性等特点。值得注意的是,相对于纯钨,钨基材料更受核聚变领域的欢迎,因为前者具有加工困难、韧脆转变温度高、再结晶温度低、氚滞留量大等缺点。
  为了提高面向钨基材料的某方面性能,如抗弯强度、抗腐蚀性、抗冲击力、断裂韧性和延展性等,研究者表示可以采用氧化物颗粒弥散强化、碳化物颗粒弥散强化、合金化等手段来制备新型钨基面向等离子体材料。但这幷不意味着新型钨基面向等离子体材料就十全十美了,长期承受热载荷、电磁载荷和和机械载荷等压力仍会出现失效的情况。
  除了偏滤器以外,人造太阳的研发也离不开钨材料的应用,因为以钨为原料的硬质合金是机械加工领域中必不可少的工具。另外,钨针也常常作为偏滤器上的诊断探针,用来测量该部件附近等离子体的温度、密度和离子循环等相关信息。
  值得骄傲的是,EAST装置是完完全全中国制造的,核心技术有200多项、专利近2000项,包括中国钨业在内国内企业自主攻克了许多超导、超高温、超真空、超磁场、超电流等技术难点,如国际热核聚变实验堆ITER朗缪尔探针组件与法国聚变实验装置WEST装置偏滤器均由国内钨相关企业提供。

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