[发明专利]用于测量活性液态金属锂对固态金属材料腐蚀的装置

说明书

技术领域

    本发明涉及未来聚变反应堆真空室内部第一壁材料应用技术领域，尤其涉及一种用于测量活性液态金属锂对固态金属材料腐蚀的装置。

背景技术

随着聚变装置不断升级，面对等离子体第一壁（PFC）高热负载不断增加，等离子体与第一壁的相互作用越来越强，由此引起的第一壁的损伤及腐蚀也会加剧。为了承受高温等离子体的轰击，降低第一壁表面的辐射损伤，延长第一壁的使用寿命，降低杂质辐射及提高等离子体性能等，有必要研究一种新型的具有很强的热负荷输出能力，且能够自我修复的第一壁。

与其它材料的第一壁材料比较，锂具有更大的优势，那就是它具有低的辐射功率（低Z）、强的氢滞留率（低再循环）及强的杂质吸附（低的杂质水平）能力。锂，作为第一壁，可以有效减少杂质，抑制再循环，有利于降低边界电子热输运，有利于减少等离子体不稳定性（MHD）行为，有利于等离子体约束性能的改善，有利于提高等离子体内能，有利于降低高约束模的能量阈值，有利于高参数长脉冲等离子体的实现，有利于抑制边界局域模的产生，提高等离子体运行效率。而且流动的液态锂第一壁还可以满足等离子体轰击下高热负荷的输运能力，同时解决了固态第一壁的腐蚀损伤问题，延长了第一壁的使用寿命。

目前，液态锂第一壁的研究正受到越来越多的重视，开展液态锂第一壁的托克马克装置也越来越多。因此，液态锂与金属材料的相互作用不容忽略。然而，目前液态锂与托克马克装置中金属材料相互作用(尤其是托克马克装置中液态锂对金属材料的腐蚀）的机理却不是很清楚，。

此处所述的腐蚀为狭义上的腐蚀是指金属与液态环境间的物理-化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属，环境及其构成系功能受到损伤的现象。金属与液态环境间的物理相互作用包括：溶解、扩散、质量迁移等。金属与液态环境间的化学相互作用包括：化合反应、置换反应和复分解反应等。金属与液态金属锂的相互作用也很复杂，但受液态金属锂物理和化学特性的影响，使得液态金属锂对固体金属材料的腐蚀效应不是那么容易理解和掌握。

对于液态碱金属对固体材料的腐蚀特性的测量，用市场上通用的液体对固体材料腐蚀特性研究的装置存在一定的困难性。原因有以下几点：1.锂是化学活性很强的碱金属，其很容易与空气中的氮、氧及二氧化碳等气体反应，生成表面坚硬的化合物，这将对实验造成很大的影响。因此，腐蚀实验装置对真空环境的要求很高。2.液态锂具有腐蚀性，与玻璃、陶瓷及塑料非金属不同兼容，与铜、金及含杂质较高的不锈钢反应，这对装置本身使用的材料具有严格的要求。3.腐蚀效应与液体环境的温度密切相关，而锂的熔点高达在181℃，腐蚀实验要求的温度要高于锂的熔点，最高温度度甚至高达1000℃，一般的装置很难达到这一要求。4.对测量动态的液态金属锂对固态金属材料的腐蚀存在一定困难，对搅动设备的密封及高温下工作等都提出很高要求。所以需要研制一套能够研究液态锂对金属材料的腐蚀特性的实验装置。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于测量活性液态金属锂对固态金属材料腐蚀的装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于测量活性液态金属锂对固态金属材料腐蚀的装置，包括有静态反应罐和动态反应罐，两反应罐均采用刀口法兰封口，在两反应罐上距离底部一定高度处开有通孔，两通孔之间连接有连接管道，在连接管道上安装有连接阀门，两反应罐上均连接有加热系统、充气系统、抽气系统和液位测量系统，所述的静态反应罐是通过自动压强控制系统与充气系统连接的，在两反应罐内均放有样品架，在动态反应罐内还安装有磁力搅拌机构。

所述的通孔距离反应罐底部的距离为10mm。

所述的加热系统包括有可控直流电源、铠装加热丝和铠装热电偶，所述的铠装加热丝与可控直流电源电连接，所述的铠装热电偶连接有温度显示器，所述的铠装加热丝分别缠绕在两反应罐的外壁、底部和连接管道上，所述的铠装热电偶分别分布在两反应罐的罐体和连接管道上。

所述的充气系统包括有充气管道、压力表一和压力表二，压力表一安装在动态反应罐的充气管道上，压力表二置于静态反应罐一侧。

所述的液位测量系统包括有万用表和两根不锈钢条，将两根不锈钢条穿过刀口法兰置入静态反应罐和动态反应罐内，不锈钢条的底端距离两反应罐的底部的距离为11mm，两根不锈钢条的顶端连接所述的万用表。