题材介绍:

国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克，俗称“人造太阳”。

1、聚变堆的第一壁材料是实现可控核聚变的难点之一

第一壁材料是聚变堆中直接面对高温等离子体的材料，对于聚变堆的安全运行至关重要，第壁材料的作用为:

①当高温等离子体逃逸磁约束时，保护聚变堆的反应装置；

②转移等离子体辐射到材料表面的热量，并通过冷却剂将热量带走，在二回路产生蒸汽；

③发生故障时保护其他部件免受等高温离子体轰击。因此，必须确保第一壁材料拥有良好的性能，以维持聚变堆的安全运行。

1）第一壁材料的服役环境恶劣，频繁受到高温等离子体轰击及高能中子辐照

第一壁材料与高温等离子体之间的相互作用会严重影响材料的热导率、力学性能和抗热冲击性能等。中子辐照会导致材料产生辐照肿胀，发生硬化和脆化，严重威胁聚变堆的安全稳定运行。

2）钨基合金可能是未来聚变堆理想的第一壁材料

钨具有高熔点、高热导率和低氢同位素滞留等优点，但其本身也存在一些缺陷，例如机械加工性差、韧脆转变温度较高、辐照硬化和脆化等。

而向钨基体中添加少量碳化物、氧化物、以及合金化元素可以有效提高钨的性能。图表18显示钨基合金受到等离子体辐照后表面产生的气泡明显小于金属钨受同样辐照所产生的气泡。因此，未来聚变堆的第一壁材料很可能是改良后的钨基合金材料。

2、核聚变电厂产业链图谱

1）核聚变电厂的组成

未来核聚变电厂主要由两大部分组成: 托卡马克装置和汽轮机厂房。托卡马克中的等离子体通过聚变反应产生热量，将热量传输至热交换器把水加热为蒸汽，推动汽轮机转动，进而产生电能。

2）托卡马克装置的组成

托卡马克装置的主体部分由一个环形真空室和一系列磁场线圈组成，不同方向的磁线圈在真空室中产生强大的磁场，约束等离子体在真空室中做螺旋式回旋运动。

偏滤器主要用于控制等离子体与真空室壁面的相互作用，减少壁面的热负荷和粒子轰击；

低温装置主要用于冷却磁线圈并为装置内部提供所需的低温环境；

探测装置主要提供关于等离子参数、中子参数、磁场测量等信息。

3）高温超导带材的组成

第二代高温超导带材具有较高的临界温度和电流密度，具有很好的性能和应用潜力，第二代高温超导带材的核心由超导层、缓冲层和基底层组成，其中，超导层是由高温超导材料制成，如钇钡铜氧化物（YBCO）。

4）产业链图谱

上游主要为原材料，中游为组成聚变电厂的各类设备，下游为聚变电厂的主要应用。