石墨模具材料在主要核聚变装置中的应用及未来装置面壁材料的发展

(1) 主要核聚变装置用石墨制品。 新的大型螺旋装置 (LHD) 正在建造中，其内壁将使用各向同性石墨模具材料。 图 3-89 显示了主核聚变装置的面壁材料。 CHS（CompactHelical System）砖是采用高导热C/C复合材料的大型三维造型产品（马鞍型）。

(2) 新设备（ITER）推力反向器的开发。

    在新的大型装置的推力反向器中，由于严重的颗粒载荷和热载荷爆破，墙砖材料采用冷却管/热水箱进行冶金烧结，具有良好的高热载荷效率。 图 3-90 显示了新装置 (TER) 推力反向器试验体的照片。 作为砖材料，从提高抗升华性和抗热震性的角度出发，开发了具有良好导热性的一维C/C复合材料。 但由于纤维垂直方向的强度极低，最近开发了一种热导率为500W/(m·K) 3DC/C复合材料的砖材料。 此外，银电极主要用作焊接材料，但也使用Cu-Mn电极，以防止因银和镉的核转变而使杂质扩散到炉内。 同时，砖材料还采用了高导热C/C复合材料和Cu-Fe-Mo基叠层结构粘结材料。 或采用钛箔的活性金属法，对各种材料进行试验研究，以求稳固性。

    此外，具有该Z值的钨(W)由于剥离率小等原因，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优异的热性能和机械性能。 应用，以及在真空等等离子法中衬W的壁材也在开发中。    

(3)大型托卡马克装置（JT-60U）。 对于日本原子能研究所正在研究的临界等离子装置JT-60U，上述含有推力反向器的等离子面壁材料中使用了石墨模具材料或C/C复合材料的每一瓦。 作为推力反向器的面壁材料，采用了开发的具有高导热性和良好抗热震性的CF布C/C复合材料。 此外，各向同性石墨用于热负荷相对较小的第一壁。 图 3-87 显示了推力反向器的剖视图。 在等离子体壁材料中，尤其是推力反向器在控制和维持等离子体中的燃烧条件He或杂质排放方面起着重要作用。 同时，还必须消散高热负荷。 因此，从 1997 年 2 月到 5 月，对装有排气装置的 W 型推力反向器进行了改造。 主要托卡马克装置（JET、ASDEX-U、DIII-D等）也进行了改装，包括推力反向器和排气系统优化。