准稳态等离子体下新型抗辐照钨基第一壁材料的服役行为研究

面向等离子体第一壁材料，尤其是高负荷区限制器和偏滤器靶板材料研究是核聚变研究中的关键问题之一。研究适合在准稳态等离子体下的第一壁材料及其服役行为是关系到未来聚变反应堆能否实现稳态运行的一项前沿基础研究。钨基材料拥有碳基材料不可比拟的低溅射腐蚀率和几乎可以忽略的氚滞留，因而被广泛认为是适合未来核聚变装置中最有前景的面向等离子体第一壁材料。本申请拟研制一种集固溶强化和颗粒弥散强化于一体的新型耐辐照钨基合金材料，并以此为对象研究其在准稳态等离子体高热负荷和高粒子通量下的服役行为，阐明准稳态等离子体下钨基材料的微观结构演化与损伤机制，完善并优化面向未来先进运行模式下、高功率、稳态运行托卡马克型核聚变装置用钨基面向等离子体材料的结构和成分设计，促进我国核聚变工程设计和等离子体物理实验方面的发展。

面对等离子体第一壁材料，尤其是高负荷区限制器和偏滤器靶板材料性能是核聚变研究中的关键问题之一，因此研究适合在准稳态等离子体下的面对等离子体材料及其服役行为是关系到未来聚变反应堆能否实现稳态运行的一项前沿基础研究。钨被广泛认为是未来核聚变装置中最有前景的面对等离子体材料，但其在服役时仍表现出脆性开裂等问题，需要对其进行强化改进。本课题采用通电超高压烧结和放电等离子体烧结方法，结合机械合金化以及轧制等工艺制备了W/Cu FGM, W-1%TiC, W-%La2O3, W-1%Y2O3-0.5%Ti等钨基复合材料，其力学和传热性能良好；同时，利用托卡马克原位辐照，强流脉冲离子束装置以及电子束高热负荷实验装置，对材料进行了服役性能的评估。托卡马克等离子体辐照表明复合材料相比纯钨更易产生起弧腐蚀；高热负荷测试显示W-1%Y2O3-0.5%Ti的裂纹开裂阈值介于250和300MW/m2 (5ms) 之间,较纯钨(~200MW/m2,5ms)有所提高,但是在较高的热流下复合材料发生了第二相的熔化蒸发，其使用受到一定限制。本研究结果将对未来聚变堆钨基材料的结构和成分设计提供重要的参考数据。