核聚變能是清潔安全的理想能源,是最終可能解決人類能源問題的途徑之一。氚是核聚變的關鍵原料,自然界中存在稀少,如何利用氘-氚聚變反應產(chǎn)生的中子與含有鋰的氚增殖劑材料發(fā)生核反應制備氚并使之自持是目前聚變工程堆尚待驗證的核心關鍵技術,且是三大難題之一。常用氚增殖劑材料包括液態(tài)含鋰金屬與固態(tài)含鋰陶瓷,目前示范堆型設計主要考慮選用固態(tài)陶瓷增殖劑,包括硅酸鋰（Li₄SiO₄）、鈦酸鋰（Li₂TiO₃）、鋯酸鋰（Li₂ZrO₃）、氧化鋰（Li₂O）等,并將增殖劑包層設計為球床結(jié)構。歐盟氦冷球床包層（HCPB）和中國氦冷固態(tài)包層（HCSB）中均選用Li₄SiO₄小球為增殖劑材料。根據(jù)以往設計經(jīng)驗,中國聚變工程實驗堆（CFETR）也優(yōu)先考慮硅酸鋰小球作為氚增殖劑材料。本文總結(jié)了傳統(tǒng)氚增殖劑的制備技術,包括鋰同位素分離技術、小球成型工藝技術和成型過程中相純度控制。分析對比了國內(nèi)、國外氚增殖劑的常用方法的差異與優(yōu)...

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圖4 掛漿法制備多孔Li4Si O4的工藝流程示意圖

西北有色金屬研究院金屬多孔材料國家重點實驗室的研究人員[61]采用粉末燒結(jié)方法，在700～1100℃的燒結(jié)溫度下成功制備了Li4SiO4陶瓷多孔材料，孔隙率小于50%;通過對壓制模具的設計，改變材料形狀以便滿足不同服役環(huán)境的需求，制備不同塊體的多孔Li4SiO4材料。同時金....

圖1 聚變堆內(nèi)氚增殖過程示意圖

從式(1)中可以看出，聚變反應原料需要氘和氚，其中氘可以從海水中提取，其儲量豐富，每1L海水中可提取33mg氘。但氚在自然界中儲量極少且價格高昂，如何有效獲取氚進行核聚變反應是目前研究的主要問題。解決此問題的關鍵在于氚的自持，故聚變堆需要有氚增殖劑，一般選用含Li材料，通過D....

圖2 傳統(tǒng)球床結(jié)構與多孔整體床結(jié)構對比示意圖

多孔氚增殖劑的優(yōu)勢在于有利于氚的釋放，氚的釋放通道靈活可調(diào)控，且熱穩(wěn)定性好。多孔大小可通過不同的工藝手段調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)不同的裝載率，是一種一體成型的新材料，有廣闊的研究前景。加州大學洛杉磯分校Sharafat等[60]首次提出了制備多孔塊體氚增殖劑材料，并進行了相關研究。實驗中，....

圖3(a)網(wǎng)狀碳骨架;(b)塊體密度78%樣品;(c)塊體密度88%樣品;(d)X射線層析孔隙分布[60]

進一步改進制備工藝，通過化學氣相滲透調(diào)節(jié)網(wǎng)狀碳骨架尺寸后再進行陶瓷的澆注，氚釋放的通道尺寸可基于此調(diào)節(jié)，從而獲得不同密度的Li2ZrO3材料，其結(jié)構靈活，可根據(jù)需求調(diào)控。文獻[60]根據(jù)氚增殖劑材料的一般要求控制Li2ZrO3的密度，制備出的最短氚擴散距離為0.4mm。在服....

本文編號：4040093