偏濾器直接承受著來自高溫等離子體的極高熱流和粒子流沖擊,其材料制備及部件制造技術一直是聚變界不可回避的巨大挑戰。十幾年來,作為我國聚變堆鎢銅材料及部件的開拓者,中科院合肥研究院等離子體所研究員羅廣南帶領聚變堆材料及部件研究團隊,從HT-7的等離子體噴涂鎢銅活動限制器開始,一直致力于聚變堆先進鎢銅材料及部件的研發,取得了系列關鍵成果。
通過產學研結合,不斷深耕,先后研制出中國的ITER級軋制鎢板、中國第一個鎢銅復合塊和中國的第一個鎢銅穿管模塊和鎢銅平板模塊,實現了我國鎢銅偏濾器工程“零”的突破。在此基礎上,團隊先后完成了EAST上偏濾器鎢銅穿管+平板組合部件以及下偏濾器鎢銅穿管部件的批量生產、無損檢測及高熱負荷測試工作,承接并圓滿完成了法國WEST裝置偏濾器全部鎢銅部件的制造和出口合同,實現了我國鎢銅偏濾器部件從“跟跑”“并跑”到“領跑”的角色轉變,助力EAST屢創長脈沖高參數放電世界紀錄。
2011年底,團隊研制出的我國第一個熱等靜壓鎢銅穿管模塊通過了8.4MW/m2高熱負荷考核,等離子體所隨即部署啟動了EAST偏濾器升級改造計劃——將熱排出能力2MW/m2的石墨偏濾器升級為熱排出能力為10MW/m2的水冷鎢銅偏濾器。2012年初鎢銅部件研發任務確定后,團隊經過一年的攻關,成功開發出基于熱等靜壓方法的10MW/m2鎢銅穿管單元和5MW/m2鎢銅平板單元的批量生產技術,2013年夏進入批量生產階段。
鑒于EAST鎢銅上偏濾器的成功,2015年以來,團隊研發的鎢銅部件也走上了國際舞臺。與ITER簽約研制的鎢銅穿管模塊承受住了5000次10MW/m2加上1000次20MW/m2的高熱負荷輻照,超過了ITER設計要求。為法國CEA研制的鎢銅平板模塊承受住了102次10MW/m2,加102次15MW/m2,再加302次20MW/m2高熱負荷輻照的考驗,刷新了平板結構高熱負荷試驗的世界記錄。在此基礎上,團隊通過國際公開競標,于2018年底成功拿下CEA的WEST裝置偏濾器的456個鎢銅穿管單元的生產合同,并于2020年9月底完成了全部產品交付,現已投入WEST裝置實驗運行中。
2020年7月,EAST下偏濾器從石墨升級到鎢銅部件的工作開始啟動。團隊接受1100件鎢銅穿管單元的生產任務,克服重重困難,于2021年3月29日完成了全部生產任務。團隊又利用自研的電子槍高熱負荷測試平臺投入到鎢銅穿管和平板單元的抽檢工作,圓滿完成測試任務,為5月28日EAST再創1.2億度101秒可重復等離子體放電的新世界紀錄做出了貢獻。
論文鏈接:
http://dx.doi.org/10.1088/0031-8949/2007/T128/001
http://dx.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.01.175
http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2009.08.006
http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2010.02.017
http://dx.doi.org/10.13182/FST12-A14104
http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2013.03.076
http://dx.doi.org/10.13182/FST14-835
http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.142
https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa6502
http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.06.009
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https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.02.063
https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.03.127
https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.111384