近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所科研人員在未來(lái)聚變堆偏濾器靶板和冷卻回路設(shè)計(jì)研究方面取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以New designs of target and cooling scheme for water cooled divertor in DEMO為題，發(fā)表在Nuclear Fusion上。

偏濾器作為聚變堆的核心部件之一，是聚變反應(yīng)中重要的能量和粒子排出通道，其性能直接影響裝置的可靠性及安全性。全鎢水冷偏濾器研究是國(guó)內(nèi)外聚變研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，積累了技術(shù)成果。然而，考慮到材料，特別是鎢銅偏濾器的熱沉材料（鉻鋯銅）在中子輻照下的脆化效應(yīng)，能否直接將目前ITER結(jié)構(gòu)的偏濾器外推到未來(lái)聚變堆的運(yùn)行條件，仍存在較多問題需要探索。

課題組基于中子輻照下的材料特性，提出了一個(gè)在未來(lái)聚變堆中短期可行的偏濾器設(shè)計(jì)方案。根據(jù)偏濾器區(qū)域熱負(fù)荷和中子輻照損傷的分布特性，這一方案采用在高熱負(fù)荷低中子輻照的打擊點(diǎn)區(qū)用傳熱性能極佳的鉻鋯銅作為熱沉材料、低熱負(fù)荷高中子輻照的非打擊點(diǎn)區(qū)用抗中子輻照性能較好的低活化鋼作為熱沉材料，同時(shí)對(duì)偏濾器的冷卻回路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將流入外靶板區(qū)的流量分配到內(nèi)靶板區(qū)和Dome區(qū)，在不引起任何負(fù)面影響的情況下使得偏濾器內(nèi)外靶板的流速分布更為均勻、壓降更小。

該研究成果得益于等離子體所、英國(guó)卡拉姆核聚變研究中心（CCFE）相關(guān)科研人員和深圳大學(xué)李建剛院士工作站的支持和合作。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省杰出青年科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。

論文鏈接

偏濾器靶板設(shè)計(jì)理念

偏濾器冷卻回路冷卻劑流動(dòng)順序示意圖