EAST平板型鎢銅面向等離子體部件的制備過程

EAST裝置是我國自行設(shè)計研制的國際首個全超導(dǎo)托卡馬克裝置，它的目標(biāo)就是針對近堆芯等離子體穩(wěn)態(tài)先進運行模式的科學(xué)和工程問題。2010年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所開展了EAST鎢銅偏濾器工程，且預(yù)計在2015年底完成。鎢銅偏濾器穹頂(Dome)和除偏濾器以外的第一壁(First Wall，F(xiàn)W)區(qū)域?qū)⒉捎闷桨逍偷逆u銅復(fù)合部件，具有預(yù)期排除3-5 MW/m2熱負荷的能力。平板型鎢銅面向等離子體部件(Plasma-Facing Components，PFCs)的制備工藝主要有真空熱壓工藝(Vacuum Hot Pressing，VHP)及熱等靜壓工藝(Hot Isostatic Pressing，HIP)。

平板型W/Cu PFCs的制備過程分為兩步，首先采用鑄造工藝將鎢與無氧銅中間層連接起來，制備成W/OFC片，超聲波探傷顯示所制備的鎢銅片W/OFC界面結(jié)合良好，其結(jié)合強度可達120 MPa，然后再采用VHP或HIP的工藝將W/OFC片與CuCrZr熱沉材料連接起來。這兩種工藝組合制備的平板型W/Cu模塊，高熱負荷試驗表明:“鑄造+VHP”制備的W/Cu模塊在冷卻水流速4m/s的情況下承受住了1000次3.2 MW/m2的熱循環(huán)載荷，而在300次5.4 MW/m2的熱疲勞試驗時，鎢內(nèi)部靠近開槽的位置出現(xiàn)開裂，并且缺陷區(qū)域隨著疲勞試驗的進行逐漸擴大；“鑄造+HIP”工藝制備的W/Cu模塊承受住了1000次5 MW/m2的循環(huán)熱負荷，W/Cu界面、OFC/CuCrZr界面均未出現(xiàn)缺陷，滿足EAST平板型W/Cu偏濾器部件的耐高熱負荷要求。

EAST裝置它不僅是一個全超導(dǎo)托卡馬克，而且具有會改善等離子體約束狀況的大拉長非圓截面的等離子體位形，它的建成使我國成為了世界上少數(shù)幾個擁有這種類型超導(dǎo)托卡馬克裝置的國家，也使我國磁約束核聚變研究進入世界前沿。