El desviador es el dispositivo que recibe continuamente el calor extremadamente alto y las cargas de partículas del plasma de fusión nuclear. La investigación y el desarrollo del desviador, que es altamente confiable para la eliminación del calor, se están llevando a cabo en todo el mundo. Bloque de tungsteno Westá siendo considerado como el material de la armadura del desviador. El tungsteno tiene grandes ventajas, como la baja retención de isótopos de hidrógeno y el bajo rendimiento de pulverización catódica.se unen. Están considerando la adopción de la misma estructura en el reactor helicoidal FFHR-d1, para lo cual NIFS está avanzando con la investigación de diseño. Para esto es necesario unir aleaciones de tungsteno y cobre. Sin embargo, debido a que estos dos materiales noPara hacer una aleación, un material de unión llamado material de relleno se inserta en el espacio entre el tungsteno y la aleación de cobre, y se calienta a una temperatura alta de más de 900 ° C. Además, porqueLos coeficientes de expansión térmica del tungsteno y la aleación de cobre son muy diferentes, en los métodos utilizados hasta la fecha, los materiales intermedios que absorben el estrés térmico deben insertarse simultáneamente con el material de relleno.Hasta ahora, el método sin usar un material intermedio se ha considerado técnicamente difícil.Sin embargo, al insertar el material intermedio, aumenta el número de interfaces unidas y el área unida, y, además, la resistencia se debilita, y surgen los problemas de caída del rendimiento de eliminación de calor y aumento de los costos de producción.
Resultados de la investigación y su importancia
El profesor Masayuki Tokitani y su grupo de investigación en el Instituto Nacional de Ciencias de la Fusión han desarrollado una nueva técnica para la unión directa directa entre las aleaciones de tungsteno y cobre haciendo la capa de unión como un amortiguador, incluso sin utilizar un material intermedio. Usando esta técnica de unión,tuvieron éxito en la fabricación de una maqueta de desviador a pequeña escala con excelente capacidad de eliminación de calor incluso en las condiciones relevantes del reactor ~ 15 MW / m2.
Los componentes del desviador deben soportar el flujo extremo de alto calor. Además, durante la fase de tratamiento térmico para la soldadura fuerte, ya que todo el componente se calienta hasta aproximadamente 900 grados C, luego se enfría a temperatura ambiente. Por lo tanto, la temperaturael estrés se induce en la interfaz de unión de la armadura y el material del disipador de calor. Este estrés térmico debe reducirse tanto como sea posible. Esta vez, para cumplir con estos requisitos simultáneamente, el grupo de investigación utilizó el material de relleno BNi-6 Ni-11% P y la dispersión de óxido reforzó la aleación de cobre ODS-Cu, GlidCop® Cu-0.3% en peso de Al2O3 y cumplió la condición de unión óptima.
Más específicamente, el grupo del profesor Tokitani estableció el grosor del material de soldadura en 38 μm, y la temperatura del tratamiento térmico y la duración en 960 grados C y 10 minutos, respectivamente, para el momento en que se realiza la soldadura. Luego, enEnfriando de 960 grados C a 100 grados C, utilizaron el enfriamiento natural extremadamente lento. En el enfriamiento de 100 grados C a temperatura ambiente, usaron enfriamiento con gas nitrógeno. Después de la soldadura, se realizó la prueba de flexión de tres puntos para evaluar la resistencia de la unión.Sorprendentemente, la capa de unión tiene una propiedad dúctil. El límite elástico alcanzó alrededor de 200 MPa. Dado que los límites de tungsteno y GlidCop® son superiores a 300 MPa incluso después del tratamiento térmico de soldadura fuerte, la región de deformación debe enfocarse en la capa de soldadura fuerte.en sí mismo. Cuando la deformación es de 0.2%, de un vistazo puede no considerarse una deformación plástica particularmente significativa. Sin embargo, dado que la región deformable plástica real es muy delgada, por ejemplo, unas pocas decenasf micrómetros, la tensión local absoluta debe ser significativamente mayor que 0.2%.Este es un resultado sorprendente.
Esto significa que la capa de unión obtiene tenacidad y que la tensión térmica inducida durante el tratamiento térmico de soldadura puede ser absorbida por la capa de soldadura. Además, dicha capacidad de relajación de la tensión aplicada tiene un gran mérito desde el punto de vista de la fiabilidad de lacomponentes del desviador incluso cuando aceptan la tensión térmica inesperada durante la operación del reactor. Por cierto, la línea discontinua en verde es un ejemplo de una soldadura fuerte en la que se utilizan diferentes materiales de aleación de cobre y soldadura fuerte. En el caso de la soldadura defectuosa, la uniónla capa se fracturó con una característica frágil a 1/4 de la tensión en comparación con la técnica de unión avanzada de este estudio. Además, la maqueta del desviador a pequeña escala del W / BNi-6 / GlidCop® fue fabricada con éxito porla técnica avanzada de soldadura fuerte. La prueba de carga de calor bajo la condición relevante del reactor para la maqueta se llevó a cabo utilizando el dispositivo de haz de electrones ACT2 a NIFS. La temperatura de 650 grados C was suficientemente inferior al punto de fusión del BNi-6 875 grados C y la temperatura de recristalización de tungsteno ~ 1500 grados C.La razón por la que se obtuvo una capacidad de eliminación de calor tan excelente es que, dado que se adoptó la unión directa sin ningún material intermedio, se pudo mantener una resistencia mínima de transferencia de calor desde la armadura hasta el disipador de calor.
La técnica avanzada de soldadura fuerte de este estudio contribuirá no solo a construir el desviador superior sino también a reducir en gran medida el costo de construcción de toda la estructura del desviador en el futuro reactor de fusión. En el trabajo futuro, utilizando este método, produciremos uncomponente del desviador a gran escala cuya estructura será similar al desviador que se utilizará en el reactor de fusión nuclear. Apuntaremos a un diseño y construcción de desviador que haga posible el funcionamiento a largo plazo y el uso seguro.
El resultado de esta investigación se presentó en la 26ª Conferencia de Energía de Fusión del OIEA celebrada en Kyoto, Japón, del 17 al 22 de octubre de 2016.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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