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(guān)鍵原料,自然界中存在稀少,如何利用氘-氚聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子與含有鋰的氚增殖劑材料發(fā)生核反應(yīng)制備氚并使之自持是目前聚變工程堆尚待驗(yàn)證的核心關(guān)鍵技術(shù),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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)為球床結(jié)構(gòu)。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?yàn)樵鲋硠┎牧稀８鶕?jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),中國聚變工程實(shí)驗(yàn)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(shù),包括鋰同位素分離技術(shù)、小球成型工藝技術(shù)和成型過程中相純度控制。分析對(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(duì)壓制模具的設(shè)計(jì)，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(shí)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(yīng)原料需要氘和氚，其中氘可以從海水中提取，其儲(chǔ)量豐富，每1L海水中可提取33mg氘。但氚在自然界中儲(chǔ)量極少且價(jià)格高昂，如何有效獲取氚進(jìn)行核聚變反應(yīng)是目前研究的主要問題。解決此問題的關(guān)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(gòu)與多孔整體床結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖

多孔氚增殖劑的優(yōu)勢(shì)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(shí)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(xué)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(jìn)行了相關(guān)研究。實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步改進(jìn)制備工藝，通過化學(xué)氣相滲透調(diào)節(jié)網(wǎng)狀碳骨架尺寸后再進(jìn)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(gòu)靈活，可根據(jù)需求調(diào)控。文獻(xiàn)[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(kuò)散距離為0.4mm。在服....

本文編號(hào)：4040093