左起：UKAEA 聚變材料負責人 David Bowden、Yutai Kato、ORNL 和田納西大學的 Steve Zinkle 教授以及 Amanda Quadling 博士。照片：英國原子能機構

英國原子能管理局和美國能源部橡樹嶺國家實驗室啟動了價值 360 萬美元的聚變能源合作伙伴關系。

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

該合作伙伴關系將首先涉及在美國科學設施橡樹嶺的高通量同位素反應堆中使用中子輻照材料。

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

這項研究已經(jīng)啟動，因為利用聚變能的主要挑戰(zhàn)之一是開發(fā)材料以應對極端環(huán)境。

這是因為高能中子和極端溫度會削弱或改變材料所需的機械、熱學、光學或電子特性，從而縮短聚變機器的使用壽命。

該研究將試圖了解某些材料在長時間內(nèi)對輻射的反應，以延長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 ORNL 的現(xiàn)有輻照材料檔案，其中包括二元鐵鉻合金、先進鋼材、碳化硅復合材料和銅合金。

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

ORNL 材料科學與技術部臨時主任兼聚變材料項目經(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?，以制造發(fā)電廠自給自足”。

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

還將進行高級微觀結構分析，以了解中子輻射對化學偏析和沉淀物穩(wěn)定性的影響。

這些評估對于保證這些合金足夠耐用和可靠以在每個部件的整個預期壽命期間支持聚變電廠至關重要。

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

從這項工作中獲得的知識將發(fā)表在期刊和材料手冊中，并與業(yè)界更廣泛地共享，以加速聚變應用新材料的開發(fā)。

該合作伙伴關系還將讓來自美國和英國的員工通過借調(diào)訪問他們的對口設施，以分享行業(yè)技能。