[发明专利]一种多尺度锂球的快速制备方法

说明书

本发明公开了一种多尺度锂球的快速制备方法，在惰性气体氛围保护下，通过投料口向熔锂罐中投入锂原料，再通过加热器将其加热到一定温度，利用充气阀、直通阀和放气阀调节适当气压的惰性气体挤压锂管中的液态锂，经过堵头的小孔喷射到冷却剂中，迅速冷却固化得到锂球，调节通入气体的气压可以生产出亚毫米量级不同直径的锂球，再经后续处理得到洁净的多尺度锂球。本发明简单易操作，生产周期短，锂球成球规则且尺寸在亚毫米量级可控，能够满足EAST装置锂球注入调制ELMs和等离子体破裂防护实验的要求，为未来聚变堆中杂质注入的成功应用提供良好的技术基础。

技术领域

本发明涉及核材料技术领域，尤其涉及一种多尺度锂球的快速制备方法。

背景技术

金属锂因其独特的物理化学性质（低Z，低熔点，强化学活性等）而被考虑作为一种可能的面向等离子体材料、氚生成材料等。近十年来，锂以各种形式（如锂真空镀膜、液态锂限制器、锂偏滤器等）被应用于EAST、NSTX、FTU、T-10、TJ-II等各类聚变装置中。近期在EAST装置上开展了锂球注入实验，将锂制成球型颗粒，并从中平面将其注入等离子体中，实现了对等离子体边界局域模（ELMs）的控制。另外，利用高压气体驱动小尺度锂球注入，也实现对等离子体破裂的缓解。以上关于锂球的应用，对其尺寸都有相当高的要求，例如对ELMs控制，要求锂球直径尺寸在0.6-0.9mm之间；另外，锂的化学性质很活泼，极易与空气中的氧气发生反应，这就对锂球的制备提出了极高的要求：一方面，锂球的纯度要达到一定的要求，不能在聚变装置中引入新杂质；另一方面，锂球的尺寸要满足一定的要求，且成球规则，满足物理研究的需要。

直接或间接制备颗粒的方法有很多，例如“自上而下”化学合成法，由“大到小”的物理切割法。然而这些方法难以控制生成颗粒的尺寸及形貌，且涉及化学物理变化多、过程复杂，极大的降低了成球效率，增加了生产成本。本发明将Tomotika双流柱体模型应用于锂球制备，不仅解决了锂在空气中极易被氧化的问题，而且该方法制备的锂球具有过程简单，成球规则，尺寸易控制等诸多优点。现阶段制备的锂球已经在EAST托卡马克聚变装置上进行了ELMs控制的测试，各项指标均达到实验的预期结果，后期可大规模应用于工业生产。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种多尺度锂球的快速制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多尺度锂球的快速制备方法，包括有惰性气体储气瓶、熔锂罐和烧杯，在所述的熔锂罐上设有进气口和出气口，在熔锂罐的顶端设有投料口，所述的惰性气体储气瓶的出气口通过气管一连接熔锂罐的进气口，在气管一上安装有充气阀和直通阀，熔锂罐的出气口连接有气管二，在气管二上安装有放气阀，在熔锂罐的外面安装有加热器，在熔锂罐的底部出口连接有锂管，在锂管上安装有锂阀，在锂管的下端连接有堵头，在堵头的底部开有激光孔，在堵头的下方设有所述的烧杯，在烧杯内部设有冷却剂。操作步骤如下：

① 关闭投料口4、放气阀5，依次打开锂阀11、直通阀3和充气阀2，通过气管一8向制备装置中通入0.02MPa氩气1，开启加热器7，给熔锂罐6、锂管10、锂阀11和堵头12烘烤出气，烘烤温度设定为300℃，连续进行12h。

② 关闭锂阀11，氩气气压调至0.2MPa，打开投料口4，在氩气氛围保护下向熔锂罐6中投入90g锂棒，关闭投料口4，然后打开放气阀5放出熔锂罐6中多余氩气。

③ 投料后，由于固体锂棒的熔化，熔锂罐6的温度会先降后升，待熔锂罐6、锂管10和堵头12的温度均升至预设温度300℃，并维持稳定。

④ 将烧杯14置于堵头12正下方，堵头12伸进烧杯14中且距离杯口约1/4处，然后将液体石蜡13缓慢倒入烧杯14中，使液面在与堵头12表面刚好接触。

⑤ 关闭直通阀3，打开充气阀2，预设好一定的气压值，打开放气阀5放空熔锂罐6中升温而升高的气压。