[發明專利]聚變反應堆的第一壁部件

無效

• 申請號: 200680009205.X
• 申請日: 2006-03-17
• 公開（公告）號: CN101147207A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 托馬斯·弗里德里希;阿爾諾·普蘭肯施泰納;貝爾特拉姆·舍德勒;卡爾海因茨·沙伊貝爾;漢斯－迪特爾·弗里德勒;托馬斯·胡貝爾;迪特馬爾·舍德爾;安東·察貝尼格
• 申請（專利權）人: 普蘭西歐洲股份公司
• 主分類號: G21B1/13
• 分類號: G21B1/13
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司
• 代理人: 顧紅霞;張天舒

技術領域

本發明涉及聚變反應堆的第一壁部件，該第一壁部件包括：至少一個熱屏蔽件，其由石墨材料構成，并具有閉合或敞開的引入件；以及冷卻管，冷卻劑流經該冷卻管，該冷卻管與該熱屏蔽件至少部分地材料結合，并且該冷卻管由熱導率大于200W/m·K的材料構成。

背景技術

使用這種第一壁部件的典型實例是受到大于10MW/m²的最高可能熱負荷的分流器和限制器。第一壁部件通常由熱屏蔽件和散熱區域構成。熱屏蔽件的材料必須與等離子體相容，具有對于物理和化學濺射的高耐受性，具有高的熔點/升華點，以及盡可能高的抵抗熱沖擊性。另外，熱屏蔽件的材料還必須具有高的導熱性、低的中子活性和足夠的強度/斷裂韌性，以及好的可獲得性和可接受的成本。除了例如鎢等難熔金屬之外，石墨材料(例如纖維增強石墨)可以最好地符合這些不同的、有時是互相矛盾的總體要求。由于來自等離子體的能量流在很長的時間階段內作用于這些第一壁部件上，因而這種第一壁部件通常被主動冷卻。通過吸熱器來實現熱量排放，該吸熱器由例如銅或銅合金構成，并且通常與熱屏蔽件機械連接。

可以用不同設計實現第一壁部件。在這方面，常規設計是通常所說的整塊設計。在整塊設計中，第一壁部件由具有同心孔的熱屏蔽件構成。熱屏蔽件經由該同心孔與冷卻管連接。

第一壁部件不僅必須耐受熱引起的機械應力，而且必須耐受另外產生的機械應力。這種另外的機械載荷可以經由電磁感應電流而產生，電磁感應電流流入第一壁部件并與周圍的磁場相互作用。在這種情況下，會出現必須由熱屏蔽件(即例如由石墨材料)傳遞的高頻加速力。然而，石墨材料具有低的機械強度和斷裂韌性。另外，在使用過程中，發生中子脆變，從而導致這些材料對于裂紋引入的敏感度進一步增加。通常采用纖維增強石墨(CFC)作為石墨材料。在這種情況下，三維、線性地布置纖維增強。根據定向，纖維的結構給予材料不同的性能。CFC通常借助于Ex-瀝青纖維沿著一個方向得到增強，Ex-瀝青纖維具有最高的強度和導熱性。其它兩個方向借助于Ex-聚丙烯腈纖維得到增強，其中通常只有一個方向是針刺的。

這樣，盡管CFC具有線性材料結構，然而熱屏蔽件/冷卻管連接幾何形狀是圓形的。由于所用材料的熱膨脹系數不同，因而在制造過程中，發生應力聚集，這會導致在CFC中產生裂紋。由于幾何條件和所用的材料組合，即使能夠檢測，也只能借助于高度復雜的方法檢測這些裂紋。在核環境背景下，這為這種第一壁部件提出了的相應問題，最重要的還是因為裂紋/剝落物被看作是重大事故的可能誘因。盡管在第一壁部件領域有復雜、累年的開發活動，然而迄今為止可獲得的第一壁部件不能最佳地滿足總體要求。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種第一壁部件，該第一壁部件可以適當地滿足由機械應力產生的要求。

根據本發明的第一方面實現該目的。第一壁部件包括至少一個熱屏蔽件，該熱屏蔽件由石墨材料構成，并具有朝向等離子體傾斜的表面A并具有與表面A相反的表面B。熱屏蔽件具有一個或多個狹槽，該狹槽終止于表面A或表面B，并且沿著冷卻管的軸線方向觀看，該狹槽在該熱屏蔽件的基本上整個長度上延伸。此外，有利的是，狹槽底部區域中的最大狹槽寬度不超過D/2，D是冷卻管的外徑。在實例中更加詳細敘述的試驗表明，根據本發明的第一壁部件可以適當地應對由制造和熱循環導致的機械應力。有利的是，狹槽大致相對于表面A或表面B垂直地延伸。狹槽深度x又有利地大于表面A或表面B與最接近的冷卻管表面之間的距離的二分之一。特別有利的狹槽深度x的范圍是u/2≤x≤9u/10，u是沿著豎直方向測量的表面A或表面B與最接近的冷卻管表面之間的間隔。然而，狹槽甚至也可以一直延伸到冷卻管或一直延伸到包裹該冷卻管的延性層。在這種情況下，熱屏蔽件不具有閉合的引入件而具有敞開的引入件。由于通常使用具有圓形橫截面的冷卻管，因而引入件也具有圓形橫截面。