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聚变堆面向等离子体材料钨钾合金的辐照损伤及其机理研究
结题报告
批准号:
11475118
项目类别:
面上项目
资助金额:
90.0 万元
负责人:
唐军
依托单位:
学科分类:
A3001.粒子束与物质相互作用
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
舒小艳、黄波、苗发明、曾景晖、陈杰、肖野
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中文摘要
面向等离子体材料(PFMs)由于遭受着高温、高热负荷、强束流粒子与中子辐照等的综合作用,是聚变装置中最关键的问题之一。由于钨具有高熔点、低溅射产额、良好的热导率与高温强度等优点,目前被认为是PFMs的首选材料。但是,其热学、抗辐照、抗刻蚀性能还有待进一步改善。掺杂合金化是提高其服役性能的有效途经。为此,人们发展了众多的钨基PFMs体系,其中,W-K合金被认为是最具前景的PFMs候选材料之一。但是,目前国内外对W-K合金的辐照损伤研究还非常初步。因此,本课题将系统研究不同晶粒/钾泡尺度的W-K合金在模拟聚变堆环境下的强流质子/重离子/ H-He等离子体的辐照损伤行为,耐热冲击性能,以及其相应的机理等重要的科学问题,并在此基础上对其成分和微观结构进行优化以进一步提高材料在聚变堆中的服役性能。这不但能深化对PFMs辐照损伤机理的理解,而且可为设计、制备服役性能优良的PFMs提供实验和理论依据。
英文摘要
Plasma facing material (PFM) is one of the most crucial issues for fusion facilities, due to its severe working conditions under high flux H/He plasma, high thermal load and high-energy/high-fluence neutron irradiation. Tungsten-based materials have been regarded as the most promising candidates for such condition owing to its high melting point, outstanding thermal conductivity, good resistance to erosion and sputtering. However, tungsten itself as PFM is not perfect yet, because its embrittlement, recrystallization, or irradiation damage in the working condition will lead to its fracture and shorten its lifetime. Material doping provides a useful consideration to improve its service performance. Among these systems, potassium doped tungsten has been regarded as one of the most promising candidates. However, the irradiation effects of W-K alloy had rarely been investigated just using the commercial samples. In this proposal, irradiation effects of W-K alloy with meso-scale grain/nano potasium bubble microstructure will be studied using high flux proton, heavy ion and H-He plasma under fusion ractor conditions, and the effect of thermal shock to W-K, as well as the related mechanism will also be investigated. On this basis, the components and microstructure will optimaized to futher improve its torlerance from high-flux proton/ion/H-He plasma irradiation and thermal shock. The systematic investigation is very helpful to understand the irradiation effects of PFMs, and more importantly can provide experimental and theoretical information to design high-performance PFMs.
面向等离子体材料(PFMs)由于遭受着高温、高热负荷、强束流粒子与中子辐照等的综合作用,是聚变装置中最关键的问题之一。由于钨具有高熔点、低溅射产额、良好的热导率与高温强度等优点,目前被认为是PFMs 的首选材料。但是,其热学、抗辐照、抗刻蚀性能还有待进一步改善。掺杂合金化是提高其服役性能的有效途经。在众多的钨基PFMs 体系中,W-K 合金被认为是最具前景的PFMs 候选材料之一。但是,目前国内外对W-K 合金的辐照损伤研究还非常初步。本课题研究了不同晶粒/钾泡尺度的W-K 合金在模拟聚变堆环境下的强流质子/重离子/ H-He 等离子体的辐照损伤行为,耐热冲击性能,以及其相应的机理等重要的科学问题,并在此基础上对其成分和微观结构进行优化以进一步提高材料在聚变堆中的服役性能。研究结果表明,通过调节SPS烧结工艺,可制备出钾泡平均尺度~47nm的钨钾合金,其拉伸强度、断裂韧性同时增强,再结晶温度(RCT)可达1800℃,韧脆转变温度(DBTT)可降低至200℃,从而具备优异的抗热冲击性能。该合金同时具有比ITER级纯钨更优的抗等离子体辐照性能,D滞留与ITER级别纯钨相当。这不但能深化对PFMs 辐照损伤机理的理解,而且可为设计、制备服役性能优良的PFMs 提供实验和理论依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Surface morphology and microstructure evolution of trace titanium and yttrium in W-K-Mo-Ti-Y alloys under transient heat loads
W-K-Mo-Ti-Y合金中微量钛和钇在瞬态热载荷下的表面形貌和微观结构演化
DOI:10.1016/j.ijrmhm.2018.05.002
发表时间:2018
期刊:International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
影响因子:3.6
作者:Xiao Ye;Huang Bo;He Bo;Shi Ke;Chen Lun;Lian Youyun;Liu Xiang;Tang Jun
通讯作者:Tang Jun
Microstructure and bubble formation of Al-K-Si doped tungsten prepared by spark plasma sintering
放电等离子烧结Al-K-Si掺杂钨的显微组织和气泡形成
DOI:10.1016/j.ijrmhm.2015.08.005
发表时间:2016
期刊:International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
影响因子:3.6
作者:Huang Bo;He Bo;Xiao Ye;Ang Ran;Yang Jijun;Liao Jiali;Yang Yuanyou;Liu Ning;Pan Deng;Tang Jun
通讯作者:Tang Jun
DOI:10.1016/j.jallcom.2016.05.010
发表时间:2016-11-25
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:He, Bo;Huang, Bo;Tang, Jun
通讯作者:Tang, Jun
DOI:10.1016/j.fusengdes.2017.08.012
发表时间:2017-11
期刊:Fusion Engineering and Design
影响因子:1.7
作者:Ke Shi;Bo Huang;Bo He;Ye Xiao;Lun Chen;Youyun Lian;Xiang Liu;Jun Tang
通讯作者:Jun Tang
DOI:10.1016/j.jallcom.2018.12.168
发表时间:2019-04
期刊:Journal of Alloys and Compounds
影响因子:6.2
作者:Bo Huang;Jun Tang;Longqing Chen;Xiaoliang Yang;Youyun Lian;Lei Chen;Xiang Liu;Xudong Cui;Lin Gu;Chain-Tsuan Liu
通讯作者:Chain-Tsuan Liu
面向等离子体部件增材制造一体化成型制备及其辐照效应研究
  • 批准号:
    12375271
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
激活素A(Act A)在细胞移植治疗新生鼠脑白质损伤中的作用和机制
  • 批准号:
    82171710
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
聚变堆钨钾合金PFM中子/离子辐照损伤初步对比研究
  • 批准号:
    11975160
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
钨钾合金-低活化钢面向等离子体部件功能梯度材料的制备及辐照损伤行为研究
  • 批准号:
    11775149
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
VEGF信号系统在新生鼠缺氧缺血后血脑屏障保护中的调控机制
  • 批准号:
    81300524
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
碳纳米管的修饰及其对U的吸附行为研究
  • 批准号:
    91226108
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
基于同位素效应的高性能IVA族笼状物热电材料研究
  • 批准号:
    11274234
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    87.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    唐军
  • 依托单位:
国内基金
海外基金