材料・工学

本节介绍聚变反应堆中的材料科学与工程问题。

在实现聚变反应堆的过程中，材料工程是最困难的技术挑战之一。发生聚变反应的等离子体温度超过1亿度，而用来约束它的炉壁和结构材料必须在物理极限的范围内持续工作。这些极端的环境条件对聚变反应堆材料提出了与以往核反应堆或工业设备完全不同的要求。

聚变反应堆材料面临的环境

聚变反应堆的材料同时暴露在多个严酷的条件下。

面向等离子体的部件除了承受稳态热负荷外，还受到等离子体不稳定性的瞬时高热流冲击。在偏滤器区域会产生10-20 MW/m²的热流密度，可与火箭发动机喷管内表面相媲美。

D-T反应产生的14.1 MeV高速中子会将材料中的原子撞击出来，产生晶格缺陷。一年运行期间积累的辐照损伤会使材料中的每个原子移动数十次，劣化材料的机械性能。

此外，中子与材料的核反应会在材料内部产生氦和氢，这些气体会在材料内部形成气泡，导致肿胀和脆化。

在材料・工程部分，我们将详细讲解构成聚变反应堆的主要组件的设计要求和材料选择。从等离子体对向材料需要什么特性、为什么选择钨和铍等基础问题，到实际反应堆设计中材料配置的思路，可以系统地加深理解。

聚变反应堆材料的研究在ITER实证的基础上，将进一步发展面向DEMO和未来商用反应堆。通过新的制造技术和先进材料的开发，通向聚变发电实用化的道路正在稳步开辟。