用鎢與鈹涂裝反應(yīng)堆內(nèi)層
ITER解決最棘手難題

試驗用核聚變反應(yīng)堆JET成功為ITER測試了一種新的內(nèi)層。小圖為鎢偏濾器的橫截面。
圖片來源:EFDA;ITER
一直以來,籠罩在ITER核聚變反應(yīng)堆項目——目前在法國建造的一個大型國際合作項目——頭頂?shù)囊粋€最大問號便是用什么材料來涂裝反應(yīng)堆的內(nèi)壁。要知道,它必須要能夠抵擋10萬攝氏度的高溫,以及猛烈的粒子轟擊。
如今,研究人員終于從用一個類似于計劃在ITER中所使用的內(nèi)層改裝的目前世界上最大的核聚變裝置中找到了答案。研究人員報告說,位于英國牛津附近的歐洲聯(lián)合環(huán)形加速器(JET)的新的“像ITER一樣的墻壁”是一種鎢與鈹?shù)慕Y(jié)合產(chǎn)物,與較早的核聚變反應(yīng)堆所使用的內(nèi)層相比,它被侵蝕的速度更為緩慢,并且吸收的燃料也更少。物理學(xué)家Peter de Vries表示:“這是一個非常棒的消息,因為它意味著我們?yōu)镮TER所選擇的材料是正確的?!?
核聚變是為太陽和恒星提供能量的過程,或者說,它是最完美的能量來源。它所需的燃料(氘和氚)非常容易獲取,并且?guī)缀跏怯貌煌甑?,而這一過程也并不會產(chǎn)生任何溫室氣體或長期存在的核廢料。
在早期核聚變反應(yīng)堆中,最常見的反應(yīng)堆內(nèi)層是由碳構(gòu)成的,這是因為它極耐高溫與腐蝕,并且不會污染燃料被加熱后所形成的等離子體。然而碳有一個最大的缺陷便是它非?!皹酚凇蔽针碗?。對ITER來說,其反應(yīng)堆會經(jīng)常使用氚,因此對氚的吸收必須保持在最低限度,碳顯然是不合適的。
由于并不存在一種完美的材料,因此研究人員不得不向使用兩種材料的方案妥協(xié)。如今,大多數(shù)的內(nèi)壁會涂裝鈹——這種金屬對等離子體的污染最低,但其熔點卻很低,無法耐受等離子體的高溫。另一方面,在JET的底部有一個被稱為偏濾器的裝置,它類似于反應(yīng)堆的排氣管。這種裝置會與等離子體接觸,因此需要一種更為耐用的涂層。為此,研究人員使用了鎢,并取得了很好的效果。
JET從2010年5月至2011年5月進行了一次內(nèi)部改造,其間,研究人員用打算在ITER中使用的鈹和鎢替代了原有的碳內(nèi)層。結(jié)果顯示,在升級后的JET中,與之前的碳內(nèi)壁相比,鈹內(nèi)壁在等離子體的影響下腐蝕速度要慢得多。研究人員在日前召開的一次會議上報告了這一結(jié)果。
ITER是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一,它的建造大約需要10年,耗資數(shù)十億美元。ITER裝置是一個能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托克馬克,俗稱“人造太陽”。
http://www.cas.ac.cn/xw/kjsm/gjdt/201208/t20120822_3630904.shtml