石墨模具材料在主要核聚變裝置中的應用及未來裝置面壁材料的發展

(1) 主要核聚變裝置用石墨制品。 新的大型螺旋裝置 (LHD) 正在建造中，其內壁將使用各向同性石墨模具材料。 圖 3-89 顯示了主核聚變裝置的面壁材料。 CHS（CompactHelical System）磚是采用高導熱C/C復合材料的大型三維造型產品（馬鞍型）。

(2) 新設備（ITER）推力反向器的開發。

    在新的大型裝置的推力反向器中，由于嚴重的顆粒載荷和熱載荷爆破，墻磚材料采用冷卻管/熱水箱進行冶金燒結，具有良好的高熱載荷效率。 圖 3-90 顯示了新裝置 (TER) 推力反向器試驗體的照片。 作為磚材料，從提高抗升華性和抗熱震性的角度出發，開發了具有良好導熱性的一維C/C復合材料。 但由于纖維垂直方向的強度極低，最近開發了一種熱導率為500W/(m·K) 3DC/C復合材料的磚材料。 此外，銀電極主要用作焊接材料，但也使用Cu-Mn電極，以防止因銀和鎘的核轉變而使雜質擴散到爐內。 同時，磚材料還采用了高導熱C/C復合材料和Cu-Fe-Mo基疊層結構粘結材料。 或采用鈦箔的活性金屬法，對各種材料進行試驗研究，以求穩固性。

    此外，具有該Z值的鎢(W)由于剝離率小等原因，正在研究其使用的可能性，但W加工性差且重量大，因此石墨模具材料具有優異的熱性能和機械性能。 應用，以及在真空等等離子法中襯W的壁材也在開發中。    

(3)大型托卡馬克裝置（JT-60U）。 對于日本原子能研究所正在研究的臨界等離子裝置JT-60U，上述含有推力反向器的等離子面壁材料中使用了石墨模具材料或C/C復合材料的每一瓦。 作為推力反向器的面壁材料，采用了開發的具有高導熱性和良好抗熱震性的CF布C/C復合材料。 此外，各向同性石墨用于熱負荷相對較小的第一壁。 圖 3-87 顯示了推力反向器的剖視圖。 在等離子體壁材料中，尤其是推力反向器在控制和維持等離子體中的燃燒條件He或雜質排放方面起著重要作用。 同時，還必須消散高熱負荷。 因此，從 1997 年 2 月到 5 月，對裝有排氣裝置的 W 型推力反向器進行了改造。 主要托卡馬克裝置（JET、ASDEX-U、DIII-D等）也進行了改裝，包括推力反向器和排氣系統優化。