近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院核能安全技術(shù)研究所郁杰/陳志斌課題組在聚變堆新型偏濾器靶板設(shè)計(jì)研究中取得新進(jìn)展。

聚變堆偏濾器面臨高能中子輻照環(huán)境下高熱負(fù)荷的移除難題。已有研究主要在ITER鎢銅穿管型偏濾器冷卻方案的基礎(chǔ)上開展優(yōu)化，雖已基本滿足20 MW/m2載熱要求，但在高能中子輻照環(huán)境下長期運(yùn)行，仍存在材料輻照蠕變失效等諸多需要探索的問題。

研究人員基于液態(tài)金屬鋰?yán)鋮s劑優(yōu)異的除熱能力，提出了一種液態(tài)鋰射流冷卻的手指型偏濾器新概念，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）液態(tài)鋰具有優(yōu)良的傳熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)比水高2個(gè)數(shù)量級，其密度比水小，對泵的功率要求更低。（2）液態(tài)鋰可以在高溫下工作（沸點(diǎn)高達(dá)1342 ℃），從而獲得更高的熱效率，且無須擔(dān)心臨界熱流密度的限制。（3）鋰與鎢合金在低于1370℃的溫度下材料相容性良好，可避免使用銅合金作為熱沉材料。經(jīng)過熱工水力、結(jié)構(gòu)力學(xué)和磁流體效應(yīng)等的分析表明，該方案的溫度、應(yīng)力均可維持在材料允許范圍內(nèi)，且磁流體對壓降和傳熱的影響較為有限。該方案為解決聚變堆偏濾器高熱負(fù)荷的移除問題提供了一種新選項(xiàng)。

相關(guān)研究成果以A novel liquid lithium jet-cooled finger-type divertor target concept for fusion power plant application為題，發(fā)表在Nuclear Fusion上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金的資助。

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圖1.液態(tài)鋰射流冷卻的手指型偏濾器靶板方案設(shè)計(jì)

圖2.溫度和應(yīng)力分析結(jié)果