聚变堆用面向等离子体钨基材料制备工艺的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源、信息及材料是现代化社会发展的三大支柱，而能源的发展则是其中的基础。能源发展程度从侧面上体现着一个国家的发展程度——越发达的国家，对能源的需求则越大。目前最经济的能源是²³⁵u或²³⁹pu的裂变释放的能量，作为不可再生的清洁能源，存在两个不可避免的缺点，一是辐射安全问题，二是核废料的处理。而下一代的新能源，核聚变比核裂变更为优秀，不仅更加经济廉价，而且基本没有辐射及核废料的问题。

在核聚变反应中，因反应温度极高，在目前已知的所有材料中都无法承受其高温，且反应过程中释放的高能中子对材料产生的体损伤和高能离子产生的表面损伤是对材料的新的挑战。因此，聚变堆材料问题是排在等离子体控制之后的第二个研究课题。

钨（w）以其高熔点、低溅射率和低氚滞留量成为聚变堆面对等离子体材料（pfms）候选材料之一。聚变堆工况下，pfms需要耐受高温高热负荷、中子辐照、等离子体冲刷等苛刻工作环境，并具有低氚滞留量和渗透率。因此，新型钨基材料的研发是聚变堆建设的关键。然而，纯钨面临着以下问题需要解决：难加工、脆性大、高的韧脆转变温度（dbtt）、低的再结晶温度。因此，需进一步优化材料设计、改进制备工艺，以改善钨基材料的性能以满足聚变装置要求。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

研究国际热核聚变实验堆（iter）、中国聚变工程实验堆（cfetr）和大型仿星器核聚变装置（lhd）工况下，面向等离子体部件的热负荷、抗高能中子辐照能力，及对材料结构的要求。

选择两类典型的候选材料：钨基复合材料（w-y₂o₃）和钨合金（w-ti），研究化学成分和材料结构对钨基材料力学性能的影响规律，并与传统纯钨材料进行对比，解明强化机制，弄清影响钨基材料性能的关键因素。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容和研究背景，熟悉研究所需的实验设备和原材料，了解实验工艺流程和关键技术。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：针对中国聚变工程实验堆（cfetr）和日本大型仿星器（lhd）中偏滤器具体工况，研究面对等离子体材料（pfms）高温力学性能、抗热冲击性能、抗辐照性能和氚滞留率的要求，分析对比各类钨基材料的结构特点、服役性能和优缺点。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]郝嘉琨.聚变堆材料[m]. 北京：化学工业出版社, 2007.

[2]李建刚，宋云涛，等.聚变工程实验堆装置主机设计[m].北京：科学出版社，

2016.