左起：UKAEA 聚變材料負責人 David Bowden、Yutai Kato、ORNL 和田納西大學(xué)的 Steve Zinkle 教授以及 Amanda Quadling 博士。照片：英國原子能機構
英國原子能管理局和美國能源部橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室啟動(dòng)了價(jià)值 360 萬(wàn)美元的聚變能源合作伙伴關(guān)系。
在一個(gè)為期五年的項目中，這兩個(gè)組織將檢查未來(lái)商業(yè)聚變發(fā)電廠(chǎng)所需材料的性能和行為。
該合作伙伴關(guān)系將首先涉及在美國科學(xué)設施橡樹(shù)嶺的高通量同位素反應堆中使用中子輻照材料。
然后，他們將在橡樹(shù)嶺和英國卡勒姆校區的 UKAEA 材料研究中心測試這些材料。
這項研究已經(jīng)啟動(dòng)，因為利用聚變能的主要挑戰之一是開(kāi)發(fā)材料以應對極端環(huán)境。
這是因為高能中子和極端溫度會(huì )削弱或改變材料所需的機械、熱學(xué)、光學(xué)或電子特性，從而縮短聚變機器的使用壽命。
該研究將試圖了解某些材料在長(cháng)時(shí)間內對輻射的反應，以延長(cháng)所用材料的使用壽命。
UKAEA 材料研究主任 Amanda Quadling 博士表示，此次合作“將使 UKAEA 能夠訪(fǎng)問(wèn) ORNL 的現有輻照材料檔案，其中包括二元鐵鉻合金、先進(jìn)鋼材、碳化硅復合材料和銅合金。
“除此之外，UKAEA 還將把全新材料放入 ORNL 高通量同位素反應堆，包括由 UKAEA 和更廣泛的英國工業(yè)開(kāi)發(fā)的新型高溫鋼、滲透屏障涂層和焊接材料。”
ORNL 材料科學(xué)與技術(shù)部臨時(shí)主任兼聚變材料項目經(jīng)理 Yutai Kato 博士表示，合作研究的材料“將主要集中在‘增殖層’——一種提供聚變燃料氚的成分，以制造發(fā)電廠(chǎng)自給自足”。
輻照后測試將包括拉伸和硬度性能測量，以了解輻射引起的硬化的影響和程度以及這些材料同時(shí)發(fā)生的延展性損失。
還將進(jìn)行高級微觀(guān)結構分析，以了解中子輻射對化學(xué)偏析和沉淀物穩定性的影響。
這些評估對于保證這些合金足夠耐用和可靠以在每個(gè)部件的整個(gè)預期壽命期間支持聚變電廠(chǎng)至關(guān)重要。
2021 年，UKAEA 推出了英國聚變材料路線(xiàn)圖，旨在提供新的中子彈性材料以及一套輻照和輻照后測試工作，為設計工程師提供建造未來(lái)聚變電廠(chǎng)的數據。
從這項工作中獲得的知識將發(fā)表在期刊和材料手冊中，并與業(yè)界更廣泛地共享，以加速聚變應用新材料的開(kāi)發(fā)。
該合作伙伴關(guān)系還將讓來(lái)自美國和英國的員工通過(guò)借調訪(fǎng)問(wèn)他們的對口設施，以分享行業(yè)技能。
