發(fā)布時(shí)間：2021-04-09 18:26

　　安全且環(huán)保的聚變能是解決人類能源問題的重要途徑。聚變堆正常運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的高通量中子輻照會使材料發(fā)生核嬗變反應(yīng),從而引起材料的化學(xué)成分發(fā)生改變,導(dǎo)致材料力學(xué)性能劣化。而合金的彈性性質(zhì)以及合金化元素所引起的變化對合金的設(shè)計(jì)十分重要。本論文選取基于密度泛函理論的全電子精確的Muffin-Tin軌道（EMTO）方法和相干勢近似為主要研究工具。我們選取兩種第一壁候選材料:面向等離子體材料鎢和結(jié)構(gòu)材料低活化鐵素體/馬氏體鋼（RAFM）,從原子尺度研究了合金化元素對材料單晶力學(xué)性質(zhì)的影響,闡明了合金組分變化與力學(xué)性能的關(guān)系,為預(yù)測和設(shè)計(jì)合金提供理論依據(jù)。鎢合金由于具有高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱系數(shù)以及低濺射產(chǎn)率等特點(diǎn)成為聚變反應(yīng)堆面向等離子體的首選材料。為了研究核嬗變反應(yīng)所產(chǎn)生的雜質(zhì)元素對材料單晶力學(xué)性質(zhì)的影響,我們研究了嬗變元素Re和Os對W金屬的彈性性質(zhì)及延展性的影響。研究發(fā)現(xiàn)Re和Os元素的加入都使體系的平衡晶格常數(shù)變小,體模量增大。W1-x-yRexOsy（0≤x,y≤0.06）的多晶剪切模量和楊氏模量隨著Re的增加而增加,隨著Os的增加而減少。由柯西壓、泊松比、體模量與剪切模量比（B/G）以及主滑移體... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１從１９７１至２０１６世界上所提供的能源總量（單位：百萬噸油當(dāng)量）⑴??Ｆｉｇ．?１．１?Ｗｏｒｌｄ?ｔｏｔａｌ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｕｐｐｌｙ?（ＴＰＥＳ）?ｆｒｏｍ?１９７１?ｔｏ?２０１６?ｂｙ?ｆｕｅｌ?（Ｍｔｏｅ）?ｌ＇１??

１０年的建造階段，２０年的運(yùn)行和開發(fā)利用階段，５年的去活化階段和裝置退役。該計(jì)劃??的目標(biāo)是建造一個(gè)可自持燃燒，即“點(diǎn)火”的核聚變實(shí)驗(yàn)堆，驗(yàn)證聚變反應(yīng)堆的工程可行??性，并為商用聚變堆的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。托克馬克裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖１．３所示，主要??包括第一壁、結(jié)構(gòu)材料、偏濾器、真空杜瓦和磁場系統(tǒng)等。??麵??圖１．３托卡馬克聚變堆示意圖ｌ１Ｑ）??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?Ｔｏｋａｍａｋ?ｄｅｖｉｃｅｓ?ｆｏｒ?ｆｕｓｉｏｎ?ｒｅａｃｔｏｒｓ??１．３聚變反應(yīng)堆的工況??如公式（１．１）所示，氘－氚聚變反應(yīng)過程中會產(chǎn)生高達(dá)１７．６?ＭｅＶ的能量，其中包含Ｈｅ??粒子３．５?ＭｅＶ的能量和中子１４．１?ＭｅＶ左右的能量。據(jù)估計(jì)［１１］，ＩＴＥＲ反應(yīng)堆的總中子??通量約為３ｘｌ〇１Ｑ?ｍ２ｓ＿１，ＤＥＭＯ堆的中子通量為１２ｘｌ０１Ｑ?ｍ２ｓ＿ｌ，而最終的商用堆的中子??通量將高達(dá)ａＯｘｌＯＷｍＹ１。此外，聚變反應(yīng)堆還要面臨嚴(yán)酷的工況環(huán)境，如“點(diǎn)燃”?Ｄ－Ｔ??等離子體所需要超高溫、為了使聚變反應(yīng)充分進(jìn)行的超強(qiáng)磁場和邊緣等離子體等。這樣??極端的條件將對未來聚變反應(yīng)堆的第一壁、增殖包層和分流器等部件的材料造成嚴(yán)重的??損傷，并會影響材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和物理性能。舉個(gè)例子來說，在核聚變功率為２－２．５ＧＷ??的ＤＭＥＯ堆運(yùn)行中會產(chǎn)生＜２ＭＷ／ｍ２的中子墻和５－８ＭＷ－ｙ／ｍ２的中子注量，這將導(dǎo)致??－４?－??

面向等離子體材料??向等離子體材料是關(guān)系到聚變反應(yīng)堆能否正常運(yùn)行的重要材料之一，它主要和碳復(fù)合材料。面向等離子體材料將受到從反應(yīng)室內(nèi)等離子體中逸出的高能離原子的侵蝕，這將導(dǎo)致被加熱的表面材料被燒蝕和逐漸損壞［２３］。如果再對反應(yīng)允許中斷的次數(shù)嚴(yán)格的限制的話，面向等離子體材料在正常運(yùn)行期間的溉射組件的壽命［２４，２５］。其主要功能是保護(hù)第一壁的空欄和偏濾器等部件的結(jié)構(gòu)材子體和高能粒子的濺射、起泡等，同時(shí)還有移走輻射到材料表面熱量的功能該部分的材料需滿足耐高溫、低濺射、高熱負(fù)載能力、低活化、低氣滯留及與的兼容等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)上正在對高Ｚ材料，尤其是Ｗ進(jìn)行測試，因?yàn)檫@種材料行條件下的侵蝕要比碳、鈹?shù)鹊停诓牧鲜艿入x子體誘導(dǎo)的侵蝕低得多。下面我介紹Ｗ的研究情況。??Ｗ的優(yōu)點(diǎn)是高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱系數(shù)、氚滯留量低、等離子體載荷下的腐蝕速率些物理性質(zhì)使得ｗ被選為包括ＩＴＥＲ、甚至ＤＥＭＯ在內(nèi)的聚變反應(yīng)堆面向等濾器元件的主要候選材料。Ｗ的這些優(yōu)點(diǎn)也使Ｗ成為第一壁其他部分的理想

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]可控核聚變與國際熱核實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃[J]. 馮開明.  中國核電. 2009(03)
[2]能否提前應(yīng)用聚變能?[J]. 邱勵(lì)儉.  力學(xué)進(jìn)展. 2009(04)
[3]硅對低活化馬氏體鋼電子輻照行為的影響[J]. 趙飛,喬建生,黃依娜,萬發(fā)榮,許詠麗,柴山環(huán)樹,大貫惚明.  原子能科學(xué)技術(shù). 2008(01)
[4]中國低活化馬氏體鋼CLAM研究進(jìn)展[J]. 黃群英,李春京,李艷芬,劉少軍,吳宜燦,李建剛,萬發(fā)榮,巨新,單以銀,郁金南,朱升云,張品源,楊建鋒,韓福生,孔明光,李合琴,室賀健夫,長坂琢也.  核科學(xué)與工程. 2007(01)

博士論文
[1]聚變堆結(jié)構(gòu)材料中氦原子等雜質(zhì)效應(yīng)的第一性原理研究[D]. 李瑞環(huán).大連理工大學(xué) 2016
[2]聚變堆材料釩合金和鈹固體輻照效應(yīng)的模擬研究[D]. 張朋波.大連理工大學(xué) 2012



本文編號：3128105