[發明專利]一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁

在審

• 申請號: 201711420722.2
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN109961856A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 鄭智穎;李彪;鄭鑫;王悅;蔡偉華;王璐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G21B1/13
• 分類號: G21B1/13
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發明公開了一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁，屬于核聚變裝置技術領域。該聚變第一壁的外壁表面覆蓋一層展向導熱系數高于沿厚度方向導熱系數的材料層；材料層的外表面在直面等離子體的壁面上還設有一層均勻的保護層。本發明通過在核聚變第一壁的外壁和保護層之間覆蓋一層展向導熱系數高于沿厚度方向導熱系數的材料層，可以實現第一壁直面等離子體壁面熱量轉移到側面，使得第一壁的壁體溫度分布均勻，進而防止第一壁因局部溫度過高而熔穿，同時可減小第一壁的結構熱應力。本發明的核聚變第一壁適用于核聚變反應裝置。

技術領域

本發明涉及一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁，屬于核聚變裝置技術領域。

背景技術

核聚變反應堆包層結構中的第一壁是直接面向等離子體的關鍵部件，需承受來自堆芯等離子體的輻射熱流和聚變中子在結構材料上產生的核熱負載，此外還將受到等離子體破裂產生的巨大機械應力和電磁載荷等的作用，所處環境極其嚴酷，因此是包層中最為關鍵的安全部件。為了適應包層模塊的結構形狀，包層第一壁均采用U型結構設計，包括直面等離子體壁面和側壁兩部分(如圖1所示)，其中直面等離子體壁面作為直接面向高溫等離子體的部分，是包層中最高溫度出現的位置。為了保護結構材料，減少引入等離子體的雜質，包層第一壁在面向等離子體壁面部分的表面設計涂有一層均勻的保護層，目前最典型的保護層材料為碳、鎢和鈹。

核聚變反應堆內第一壁直面等離子體部分的表面熱負荷高達0.43MW/m²，這將導致第一壁直面等離子體部分溫度過高，當溫度超過第一壁結構材料的溫度極限要求時將造成第一壁的熔毀。同時，第一壁的側壁由于未直面等離子體，因而其溫度相對低得多，這將在直面等離子體部分和側壁之間形成較大的溫度梯度，進而造成較大的結構熱應力。

發明內容

為解決現有核聚變第一壁直面等離子體部分因熱流密度過大而造成溫度過高的問題，本發明提供了一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁，采用的技術方案是：

一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁，所述核聚變第一壁1的外壁表面覆蓋一層展向導熱系數高于沿厚度方向導熱系數的材料層2；所述材料層2的外表面在直面等離子體的壁面上還設有一層均勻的保護層3。

進一步地，所述材料層2的材料為合成石墨片。

進一步地，所述材料層2的厚度為0.017mm～0.050mm。

更進一步地，所述材料層2的厚度為0.017mm。

進一步地，所述保護層3的材料為碳、鎢或鈹。

如圖1所示,本發明中“展向”是指材料層2展開成一個水平面，沿該平面(材料層2的表面)方向的導熱系數即為展向導熱系數,“沿厚度方向”是指從材料層2的外壁到內壁的方向或從內壁到外壁的方向。

本發明主要利用展向導熱系數比法向(沿材料層厚度方向)導熱系數高的材料薄層布置在核聚變反應堆第一壁外圍與保護層之間，以實現直面等離子體壁面熱量的轉移及其結構熱應力的降低。

本發明有益效果：

本發明提供了一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁，本發明通過在核聚變第一壁的外壁和保護層之間設置一層展向導熱系數高于沿厚度方向導熱系數的材料層，可以實現第一壁直面等離子體壁面熱量轉移到側面，使得第一壁的壁體溫度分布均勻，進而防止第一壁因局部溫度過高而熔穿，同時可減小第一壁的結構熱應力。

附圖說明

圖1本發明的一種防止直面等離子體部分溫度過高的核聚變第一壁的結構示意圖；(1，核聚變第一壁；2，材料層；3，保護層)。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。