左起：UKAEA 聚變材料負(fù)責(zé)人 David Bowden、Yutai Kato、ORNL 和田納西大學(xué)的 Steve Zinkle 教授以及 Amanda Quadling 博士。照片：英國(guó)原子能機(jī)構(gòu)

英國(guó)原子能管理局和美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了價(jià)值 360 萬(wàn)美元的聚變能源合作伙伴關(guān)系。

在一個(gè)為期五年的項(xiàng)目中，這兩個(gè)組織將檢查未來(lái)商業(yè)聚變發(fā)電廠所需材料的性能和行為。

該合作伙伴關(guān)系將首先涉及在美國(guó)科學(xué)設(shè)施橡樹(shù)嶺的高通量同位素反應(yīng)堆中使用中子輻照材料。

然后，他們將在橡樹(shù)嶺和英國(guó)卡勒姆校區(qū)的 UKAEA 材料研究中心測(cè)試這些材料。

這項(xiàng)研究已經(jīng)啟動(dòng)，因?yàn)槔镁圩兡艿闹饕魬?zhàn)之一是開(kāi)發(fā)材料以應(yīng)對(duì)極端環(huán)境。

這是因?yàn)楦吣苤凶雍蜆O端溫度會(huì)削弱或改變材料所需的機(jī)械、熱學(xué)、光學(xué)或電子特性，從而縮短聚變機(jī)器的使用壽命。

該研究將試圖了解某些材料在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)輻射的反應(yīng)，以延長(zhǎng)所用材料的使用壽命。

UKAEA 材料研究主任 Amanda Quadling 博士表示，此次合作“將使 UKAEA 能夠訪問(wèn) ORNL 的現(xiàn)有輻照材料檔案，其中包括二元鐵鉻合金、先進(jìn)鋼材、碳化硅復(fù)合材料和銅合金。

“除此之外，UKAEA 還將把全新材料放入 ORNL 高通量同位素反應(yīng)堆，包括由 UKAEA 和更廣泛的英國(guó)工業(yè)開(kāi)發(fā)的新型高溫鋼、滲透屏障涂層和焊接材料。”

ORNL 材料科學(xué)與技術(shù)部臨時(shí)主任兼聚變材料項(xiàng)目經(jīng)理 Yutai Kato 博士表示，合作研究的材料“將主要集中在‘增殖層’——一種提供聚變?nèi)剂想暗某煞郑灾圃彀l(fā)電廠自給自足”。

輻照后測(cè)試將包括拉伸和硬度性能測(cè)量，以了解輻射引起的硬化的影響和程度以及這些材料同時(shí)發(fā)生的延展性損失。

還將進(jìn)行高級(jí)微觀結(jié)構(gòu)分析，以了解中子輻射對(duì)化學(xué)偏析和沉淀物穩(wěn)定性的影響。

這些評(píng)估對(duì)于保證這些合金足夠耐用和可靠以在每個(gè)部件的整個(gè)預(yù)期壽命期間支持聚變電廠至關(guān)重要。

2021 年，UKAEA 推出了英國(guó)聚變材料路線圖，旨在提供新的中子彈性材料以及一套輻照和輻照后測(cè)試工作，為設(shè)計(jì)工程師提供建造未來(lái)聚變電廠的數(shù)據(jù)。

從這項(xiàng)工作中獲得的知識(shí)將發(fā)表在期刊和材料手冊(cè)中，并與業(yè)界更廣泛地共享，以加速聚變應(yīng)用新材料的開(kāi)發(fā)。

該合作伙伴關(guān)系還將讓來(lái)自美國(guó)和英國(guó)的員工通過(guò)借調(diào)訪問(wèn)他們的對(duì)口設(shè)施，以分享行業(yè)技能。