W/Cu PFC 在 HT-7 装置长脉冲等离子体辐照下的表面损伤行为研究

中国科学院理化技术研究所 清华大学

中国科学院等离子体物理研究所

李江涛，凌云汉，郭世斌，胡建生，高翔

2011 年 HT-7 春季实验

HT7实验内容和研究目标 HT-7

实验内容：

考察沿 SOL 区域往等离子体边缘不同脉冲放电参数下W/Cu PFC 的表面损伤及热沉端的热响应特性。

研究目标： 了解不同离子通量和电子温度下应力约束金属 W 的表面微结构演化规律及界面行为。

HT7研究意义 HT-7

钨 PFC热传递性

能

钨与铜热沉连接与界面问题

W 是 Tokamak 实验堆 PFC 的重要候选材料

基本问题和主要任务：

提高钨 PFC 的热传递性能； 降低钨的塑脆转变温度；提高钨材料的抗中子辐照损伤性能。

FGM 是解决方案

HT7W/Cu FGM 制备技术

制备技术 优点 缺点 设备条件等离子体喷涂法

连续均匀 易产生裂纹，界面需添加其它材料，厚度小

贵，复杂

层铺 P/M热压法

一次成型 非连续，试样尺寸小 较复杂

超重力熔铸法

一次成型，连续，尺寸可调

新技术，性能待评价 简单，快速

HT-7

HT7超重力熔铸原理 HT-7

燃烧合成反应 + 超高重力场

释放出超高温使得反应产物变成熔体

提供超高离心力使得相发生分离

W/Cu FGM

2Al+xCuO+yWO3+(mW/nCu)(y+m)W/(x+n)Cu + Al2O3 ， Tad=2000~4000K

HT7HT-7超重力熔铸装置

HT7超重力熔铸 W/Cu 试样

40mm

HT7实验装置

温度记录仪

磁力杆传送装置

钨铜试样

HT-7

HT7实验步骤

第一步：热电偶和试样安装以及传送；热电偶和试样安装以及传送；

第二步： 改变放置距离（ R=280,275,270,265 ）条件下进 行放电；

第三步：测量放电条件下的等离子体参数（密度和温度） 和钨背板温度响应；

第四步：累积总辐照时间；

第五步：表面 / 界面与热传导分析。

HT-7

HT7预期实验结果

了解在长脉冲等离子体冲击下 W/Cu PFC的抗热震行为；

W 表面等离子体辐照损伤与热传导的关联；

应力诱导下辐照损伤对材料微结构的影响（总辐照时间约为 0.5h ）。

HT-7

HT7HT-7

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