偏滤器是实现稳态、高效、长脉冲运行聚变反应堆不可或缺的关键部件,它是维持反应堆“健康”运行的保障,通过及时排出氦灰以保持“呼吸”顺畅、维持燃料纯净以减少杂质,并高效排出余热以确保“体温”稳定;若没有高效可靠的偏滤器,聚变反应将无法持续。
德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)在德国Formnext展会期间展示了其多材料偏滤器单块链节的增材制造技术,该技术能够实现钨和铜铬锆(W-Cucrzr)两种材料的增材制造。 将基于目前该研究所对外披露的有限信息对该应用技术进行分享。
核聚变反应堆中暴露于等离子体的部件(如反应堆壁增强件),必须承受高达约20兆瓦/平方米的循环热负荷及高辐射。
纯钨几乎是唯一适用于这些极端条件的材料,但该材料仅能制成简单几何形状,后续需通过复杂方式进行连接。不同材料的热膨胀差异会导致焊接接头在热循环下失效,从而缩短部件寿命并降低设备可用性。
根据Fraunhofer ILT研究所披露,他们所开展的DURABLE项目正是致力于解决这一核心难题。
增材制造工艺能够制造钨与铜合金的整体式或多材料部件,以连续顺畅的导热路径取代了传统薄弱的分区连接。
整个过程的关键在于精确的工艺控制:该研究所通过创新的PBF-LB/M增材制造技术与工艺参数窗口,成功实现了近乎无裂纹、高致密度的钨结构打印。这使得制造内含随形冷却流道的复杂几何部件成为现实。
根据 的市场研究,偏滤器材料的选择并非单一材料,而是一个多层、复合的材料体系,每一层都有其特定的功能。核心思路是:面向等离子体的部分使用耐高温、抗辐照性能好的材料,而将高热负荷通过导热性极好的材料迅速传递到冷却系统中。
根据Fraunhofer ILT相关负责人的揭示,增材制造技术在其中得以应用的优势在于能够显著延长部件寿命、减少返修工作、降低连接点风险,这是延长维护周期、降低每小时运行成本的先决条件。
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