核聚变装置中石墨模具材料的使用状况以及开发情况

核聚变装置中石墨模具材料的使用状况以及开发情况

在主要核聚变装置中石墨模具材料的使用状况以及今后装置面壁材料的开发情况

（1)大型托卡马克装置（JT-60U）。对于日本原子能研究所正在研究的临界等离子装置JT-60U中，在上述的含有推力换向器的等离子面壁材料中使用了石墨模具材料或C/C复合材料的各砖瓦。作为推力换向器处的面壁材料采用了研制的热传导率高、耐热冲击性好的CF布C/C复合材料。此外，在热负荷比较小的第一壁使用了各向同性石墨。图3-87所示为推力换向器的剖面图。等离子体面壁材料中，特别是推力换向器担负着控制维持燃烧条件He或等离子体中进行杂质排气的重要作用。同时，也必须排出高的热负荷。因此，在1997年2~5月改造了配备排气装置的W型推力换向器。并且对主要的托卡马克装置（JET、ASDEX-U、DⅢ-D等）也都同样进行了包含推力换向器和排气系统优化的改造。

（2)主要核聚变装置用石墨制品。新的大型螺旋形装置(LHD)正在建设中，其内壁将使用各向同性石墨模具材料。图3-89所示为主要核聚变装置的面壁材料，CHS(CompactHelical System）砖是使用了有高热传导率的C/C复合材料的大型三维形状的制品（鞍型）。

(3)新装置(ITER)用推力换向器等的开发情况。

在新的大型装置中的推力换向器，由于苛刻的粒子负荷以及热负荷的爆射，为有良好的高热负荷效率，壁砖材料采用冷却管/热水槽以冶金烧结的方式接合。图3-90所示为新装置（TER)推力换向器试验体的照片。作为砖的材料虽然从提高耐升华性、耐热冲击性观点开发了热传导性好的一维C/C复合材料，但由于纤维垂直方向的强度极低，最近的砖材料开发了热传导率为500W/（m·K)的三维C/C复合材料。另外，焊接材料主要采用银焊条，不过为了避免银与镉核变换产生不纯物质向炉内扩散，也使用Cu-Mn系焊条。同时砖材料还使用高热传导性的C/C复合材料、Cu-Fe-Mo系积层结构的接合材料。或以钛箔的活性金属法进行各种材料的试验研究，以求健全性。

此外，该Z值的钨（W)因剥落率小等原因正在研究其使用的可能性，但W的可加工性不好，且质量重，因此石墨模具材料因具有优良热的机械的特性被应用，而在真空等等离子体法中以W做衬的面壁材料也在开发中。