托卡马克第一壁材料抗氢性能数值模拟 ——基于多尺度计算与机器学习
20世纪中叶以来,核聚变能源作为一种高效、清洁、安全的能源在国际社会中获得了广泛认可,被认为是解决未来能源问题的重要选择之一。一直以来,中国政府非常重视核聚变反应堆的发展。包括中国在内的七个国家和地区共同参与建设的国际热核聚变反应堆ITER是目前世界上最大的磁约束核聚变装置。2011年,中国成立国家磁约束聚变堆总体设计组,筹建中国聚变工程实验堆CFETR,并已完成概念设计,这将进一步促进聚变工程的商业化进程。
材料问题是核聚变装置中的关键问题之一。极端环境下的三重辐照(中子辐照、氢氦等离子体辐照和热辐照)是反应堆中的面对等离子体第一壁材料面临的主要问题, 其将显著改变材料的微观结构和服役性能,进而影响核装置的安全性和稳定性。钨材料以其高热导率、低溅射率等优点,被视为未来聚变堆中最有可能全面使用的面对等离子体材料,并已被选为ITER第一阶段的偏滤器非靶板部分,同时也是CFETR的重要候选材料。尽管如此,目前仍存在一些制约W材料应用的瓶颈问题。在聚变装置运行过程中,高能氢氦等离子体将与核材料直接接触,并产生氢嬗变元素发生复杂相互作用,发生氢脆效应,造成材料脆化甚至开裂等宏观材料劣化现象。