[发明专利]一种面向等离子体部件及聚变装置

说明书

本发明公开了一种面向等离子体部件及聚变装置，涉及核聚变技术领域，能够解决当前面向等离子体单元中的钨材料一部分处于低温环境和一部分处于高温环境中，脆性较大，容易形成裂纹，而导致面向等离子体部件失效的难题。该面向等离子体部件包括面向等离子体单元和冷却单元，面向等离子体单元主要由钨材料构成，且至少包括耐热晶粒层和耐冷晶粒层，耐热晶粒层位于面向等离子体单元靠近等离子体热冲击的一侧，耐冷晶粒层位于面向等离子体单元远离等离子体热冲击的一侧；面向等离子体单元沿耐热晶粒层到耐冷晶粒层的方向，所述钨材料的晶粒尺寸由大到小呈梯度变化。本发明用于直接面向等离子体，承受等离子体的热冲击。

技术领域

本发明实施例涉及核聚变技术领域，尤其涉及一种面向等离子体部件及聚变装置。

背景技术

聚变能是人类未来最理想的清洁能源。国际热核聚变实验堆利用托卡马克装置实现聚变能的可控利用。托卡马克装置运行时，装置中的面向等离子体材料将承受高能粒子的辐照作用和强热流作用。面向等离子体材料的外表面与环形真空室中的等离子体相互作用，承受很强的热流冲击，处于高温环境；而远离环形真空室的另一端与冷却单元接触，处于低温环境。这样使得，面向等离子体材料内部形成了极高的温度梯度和极大的热应力。

由于金属钨具有熔点高、物理溅射率低、氘氚滞留量低等一系列物理性能优点，被国际热核聚变实验堆选作面向等离子体材料。该钨材料具有较高的韧脆转变温度(约300℃)，表现出明显的脆性，在热应力和热疲劳的作用下，极易出现裂纹并发生开裂，进而导致面向等离子体部件失效。

发明内容

本发明实施例提供一种面向等离子体部件，能够解决当前面向等离子体单元中的钨材料一部分处于低温环境和一部分处于高温环境中，脆性较大，容易形成裂纹，而导致面向等离子体部件失效的难题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种面向等离子体部件，包括面向等离子体单元和冷却单元，所述冷却单元与所述等离子体单元接触连接，用于冷却所述面向等离子体单元，所述面向等离子体单元主要由钨材料构成，且至少包括耐热晶粒层和耐冷晶粒层，所述耐热晶粒层位于所述面向等离子体单元靠近等离子体热冲击的一侧，用于承受等离子体热冲击，所述耐冷晶粒层位于所述面向等离子体单元远离等离子体热冲击的一侧，用于与所述冷却单元接触连接；所述面向等离子体单元沿所述耐热晶粒层到所述耐冷晶粒层的方向，所述钨材料的晶粒尺寸由大到小呈梯度变化。

可选的，所述耐热晶粒层位于所述面向等离子体单元的外侧，所述耐冷晶粒层位于所述面向等离子体单元的内侧，所述冷却单元贯穿在所述耐冷晶粒层内。

可选的，所述耐热晶粒层位于所述面向等离子体单元的外部靠近等离子体热冲击的一侧，所述耐冷晶粒层位于所述面向等离子体单元的外部远离等离子体热冲击的一侧。

可选的，所述冷却单元贯穿在所述耐冷晶粒层内。

可选的，所述冷却单元连接在所述耐冷晶粒层远离等离子体热冲击的一侧。

可选的，所述冷却单元包括冷却管，所述耐冷晶粒层与所述冷却管接触连接；或，所述冷却单元包括冷却管与连接过渡层，所述冷却管贯穿于所述连接过渡层内，所述耐冷晶粒层与所述连接过渡层接触连接。

可选的，所述耐热晶粒层的晶粒尺寸大于1微米，所述耐冷晶粒层的晶粒尺寸小于或等于1微米。

可选的，所述面向等离子体单元沿所述耐热晶粒层到所述耐冷晶粒层的方向，所述耐冷晶粒层包括第一耐冷晶粒层和第二耐冷晶粒层，所述第一耐冷晶粒层的晶粒尺寸小于等于1微米且大于等于0.1微米，所述第二耐冷晶粒层的晶粒尺寸小于0.1微米。

可选的，所述面向等离子体单元沿所述耐热晶粒层到所述耐冷晶粒层的方向，厚度范围为10～50毫米。