ITER第一壁认证模块研制

铍与铜合金的连接是ITER屏蔽包层第一壁（FW）制造中最具挑战性的关键技术。热等静压（HIP）扩散连接是实现第一壁板材料之间连接的最佳方法之一。鉴于ITER第一壁板的制造难度,ITER国际组织（IO）要求对其制作技术进行认证。     

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简要介绍了中国承担设计和制造任务的ITER计划采购包的构成情况，分析了ITER采购包采用标准的原则和ITER中国采购包引用标准的特点，总结了ITER中国采购包标准化现状。基于当前ITER中国采购包对标准的需求以及着眼于国内磁约束核聚变长远发展需要，讨论提出了当前ITER中国采购包的标准化策略建议。     

ITER 中国采购包标准化现状与策略

简要介绍了中国承担设计和制造任务的ITER 计划采购包的构成情况,分析了ITER 采购包采用标准的原则和ITER 中国采购包引用标准的特点,总结了ITER 中国采购包标准化现状。基于当前ITER 中国采购包对标准的需求以及着眼于国内磁约束核聚变长远发展需要,讨论提出了当前ITER 中国采购包的标准化策略建议。     

聚变堆工艺与材料研究进展

2006年度聚变堆工艺与材料研究主要在以下3个方面取得进展，即ITER项目第一壁板制造技术资质论证预研及屏蔽模块设计分析，聚变堆低活性结构材料及高原子序数面对等离子体材料研究和聚变堆液态金属包层磁流体动力学效应研究。     

Be与CuCrZr热等静压扩散连接技术

铍具有与等离子体良好的适应性，Be护甲与Cu合：金热沉积层采用热等静压（HIP）或钎焊技术制备的连接件在热核聚变反应堆（ITER）的设计中被作为屏蔽包层第一壁及通道限幅器等面向等离子体元件的主要组成部分。因此，Be／Cu合金的连接技术研究是受控核聚变工程技术基础中一个非常重要的课题。     

ITER第一壁铍铜连接部件在高热负荷作用下的热性能分析

对ITER屏蔽包层第一壁板铍铜连接件在高热负荷作用下的传热性能进行了分析,模拟了第一壁铍铜连接手指部件的热应力和热应变,得到其对应的热疲劳寿命。计算结果表明,在局部4.7MW×m^-2高热负荷作用和ITER水冷条件下,现有设计方案中的铍铜连接件的热性能和热疲劳性能均满足设计要求。     

CICC导体接头电阻低温实验平台

ITER计划是目前国际最大的科技合作项目,中国承担ITER PF/TF/CC/CB/MB等超导导体及全部CC磁体、PF6大线圈的研制任务。CICC导体接头技术是磁体研制中关键技术,为了开展ITER超导磁体接头的研制,中国科学院等离子体物理研究所建立了大电流超导导体接头电阻低温实验平台。该平台主要包括:Φ300mm低温杜瓦、20kA超导变压器、电源系统、失超保护系统及数据采集系统。详细介绍了该测试平台的设计、研制,并利用该测试平台开展了多次ITER CC导体接头电阻的低温实验研究工作。     

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为了分析ITER第一壁模块试制过程中Be/Cu界面经热等静压扩散连接后出现的不可接受的大尺寸缺陷,对Be/Cu连接失效的模块进行了破坏性试验.首先采用线切割对模块进行解剖,并对连接界面缺陷区域及非缺陷区域通过金相观察、SEM观察及能谱分析进行对比,初步确定了界面连接的失效机理.     

ITER第一壁模块Be/Cu连接失效分析

为了分析ITER第一壁模块试制过程中Be/Cu界面经热等静压扩散连接后出现的不可接受的大尺寸缺陷,对Be/Cu连接失效的模块进行了破坏性试验。首先采用线切割对模块进行解剖,并对连接界面缺陷区域及非缺陷区域通过金相观察、SEM观察及能谱分析进行对比,初步确定了界面连接的失效机理。     

ITER第一壁实验件的铍-铜连接界面分析

在ITER第一壁实验件的研究中,采用热等静压扩散连接技术对Be与CuCrZr合金进行连接实验,对完成扩散连接的部分连接件采用退火处理。对所有连接件进行超声波无损探伤后,检测到未退火的连接件Be/Cu连接界面存在缺陷。为分析扩散界面缺陷产生原因,从连接件的无缺陷区取样并进行界面微观分析。通过观察微观形貌和分析界面扩散层合金元素的变化,发现退火处理过的Be-Cu扩散界面的Cu-Ti扩散层和未扩散的Ti层厚度增加,中间层中Be与Cu元素形成脆性相的几率降低,整个扩散层厚度变大,扩散范围加大。实验表明退火工艺能改变Be/Cu热等静压扩散层连接结构组成,扩大扩散连接范围。     

ITER第一壁实验件的铍-铜连接界面分析

在ITER第一壁实验件的研究中,采用热等静压扩散连接技术对Be与Cu Cr Zr合金进行连接实验,对完成扩散连接的部分连接件采用退火处理。对所有连接件进行超声波无损探伤后,检测到未退火的连接件Be/Cu连接界面存在缺陷。为分析扩散界面缺陷产生原因,从连接件的无缺陷区取样并进行界面微观分析。通过观察微观形貌和分析界面扩散层合金元素的变化,发现退火处理过的Be-Cu扩散界面的Cu-Ti扩散层和未扩散的Ti层厚度增加,中间层中Be与Cu元素形成脆性相的几率降低,整个扩散层厚度变大,扩散范围加大。实验表明退火工艺能改变Be/Cu热等静压扩散层连接结构组成,扩大扩散连接范围。     

ITER第一壁铍-铜界面缺陷的热应力及弹塑性结构分析

为保障第一壁板铍/铜连接的性能满足ITER运行要求,需通过高热负荷疲劳试验评估缺陷的影响,确定可接受的缺陷尺寸、形状、位置等。针对该试验用增强热负荷(EHF)第一壁小模块,通过温度场及弹塑性结构分析,研究试验工况下铍/铜界面预制人工缺陷对模块性能的影响。分析结果表明,缺陷位置和尺寸都会对缺陷附近的弹塑性应变产生直接影响,从而影响模块的热疲劳性能;缺陷越大,影响范围越大;边缘型缺陷的影响远大于中心位置缺陷。     

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根据ITER电流引线的要求,设计和试验了分别由全铍铜(Be2%Cu)、全不锈钢(SS)和二元金属(BeCu/SS)三种不同类型分流器制作的68kA电流引线的1/90试件。研究了超导段各组件的性能,详细讨论了失冷故障实验结果。结果表明,对比全铍铜和全不锈钢分流器,二元分流器制作的超导模件更能够提高安全性以及减小冷端漏热,满足ITER高安全性和低热负荷的要求。     

中国氦冷固态包层热工水力瞬态安全分析

中国氦冷固态包层（TBM）是在国际热核聚变实验堆（ITER）上验证将来聚变商用堆技术可行性的重要一步，相应的热工水力安全分析是保证TBM及ITER安全运行的必要工作。本文使用RELAP5程序，计算了中国氦冷固态包层在稳态和各种严重事故下的热工水力瞬态行为。结果表明，中国氦冷固态包层稳态运行的各种参数都在设计给定范用内；各种事故状态中，由于Ex—Vessel LOCA事故会引起第一壁熔化．是回路系统最严重的失冷事故。In—Vessel LOCA和In—Box LOCA事故并不会对系统造成严重危害基于安全分析结果，TBM结构和中子学设计还可以做进一步改进。     

ITER第一壁模块Be/Cu连接界面的热疲劳损伤分析

采用热等静压扩散连接技术并通过添加Ti/Cu中间过渡层实现了Be与CuCrZr合金之间的可靠连接,所制作的ITER第一壁小模块已通过高热负荷疲劳试验。对试验后的小模块进行了超声波无损探伤,发现界面多处存在大尺寸缺陷。介绍了高热负荷疲劳试验后模块的破坏性检测与分析,结合对缺陷界面的金相观察、SEM观察及EDS分析方法,确定了缺陷形成的主要原因。     

ITER导体样品CERNOX CX-SD温度计安装工艺研究

作为七个参与方之一,中国承担了国际热核聚变实验堆(ITER)装置的部分TF及PF线圈超导导体,全部CC线圈及Feeder超导导体的研究生产任务.在导体生产预研阶段必须对所有生产过程进行认证并制造性能认证导体样品(CPQS)送往瑞士CRPP研究所的SULTAN实验装置进行性能测试,中方将负责除TF导体外的其余超导导体样品的设计制造.所有导体样品将布置尽可能多的温度计及电位测量线用于导体样品性能测试以评估导体性能.导体样品的温度测量采用CERNOX CX-SD温度计,在高场区两侧同一个测温点的导体表面环向位置均匀布置了四只温度计,在导体通电测试前对所有温度计进行校验以确定其有效性及一致性.在对CERNOX温度计的安装工艺进行研究之后,目前所安装的同一测温点四只温度计在4.5K校验温度下的分散性达到或优于50mK测量误差范围.     

产氚锂陶瓷微球

聚变能源的开发是解决人类能源危机的重要途径之一,包层产氚是实现聚变能源的核心技术,特别是在目前的国际ITER合作计划中明确指出,各ITER参与国将提供自行设计加工的产氚包层参加ITER实验。产氚材料作为重要的一种包层材料,在产氚实验包层的设计、研发中具有重要作用。中国固态TBM产氚实验包层设计初步选择Li4SiO4陶瓷微球作为首选氚增殖剂,Li2TiO3及其他性能优异的锂陶瓷作为候选材料。     

聚变堆与聚变堆材料——ITER氦冷固态增殖剂实验包层模块初步设计

ITER将扮演第一次在聚变堆环境下进行包层实验的重要角色。对发展示范聚变堆的一些关键技术，如氚的自持、高等级热负荷的排出、设计标准的确定、安全需求和环境问题等将在ITER实验包层模块（test blanket module，TBM）中进行实验验证。     

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采用热等静压扩散连接技术并通过添加Ti/Cu中间过渡层实现了Be与CuCrZr合金之间的可靠连接,所制作的ITER第一壁小模块已通过高热负荷疲劳试验.对试验后的小模块进行了超声波无损探伤,发现界面多处存在大尺寸缺陷.介绍了高热负荷疲劳试验后模块的破坏性检测与分析,结合对缺陷界面的金相观察、SEM观察及EDS分析方法,确定了缺陷形成的主要原因.     

退火对钛/铜热等静压扩散连接界面的影响

钛/铜(Ti/Cu)作为ITER 第一壁Be/CuCrZr 热等静压连接中间过渡层,形成了多层中间金属相结构,容易在Ti/Cu 金属相之间产生裂纹等缺陷。采用CuCrZr 代替Be,经过与Be/CuCrZr 相同的热等静压工艺,制作了多个CuCrZr/Ti/Cu/CuCrZr 连接件,对Ti/Cu 连接接头进行深入分析。对连接件分别进行未退火、400℃和500℃ 退火处理,去应力退火后对接头强度和缺陷分布的影响进行了研究。研究结果表明,中间钛层的两侧都形成了三层Ti/Cu 扩散层,分别为Cu₄Ti、CuTi 和CuTi₂。纯铜侧的Cu₄Ti 厚度比CuCrZr 侧的厚,使得裂纹几乎全部分布于铜侧的Cu₄Ti 与CuTi 交界处,拉伸样品极易在此处发生脆性断裂。随着退火温度升高,裂纹的产生和扩展减少。