本发明专利技术涉及一种聚变反应堆的第一壁部件。该第一壁部件包括至少一个热屏蔽件，该热屏蔽件具有朝向等离子体倾斜的表面Ａ并具有与表面Ａ相反的表面Ｂ，并且该热屏蔽件由石墨材料构成。热屏蔽件具有一个或多个狭槽，该狭槽终止于表面Ａ或表面Ｂ，并且基本上沿着冷却管的轴线方向定向。该第一壁部件可以适当地应对由制造和热循环导致的机械应力。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚变反应堆的第一壁部件
本专利技术涉及聚变反应堆的第一壁部件，该第一壁部件包括至 少一个热屏蔽件，其由石墨材料构成，并具有闭合或敞开的引入件；以及冷却管，冷却剂流经该冷却管，该冷却管与该热屏蔽件至少部分地材料结合，并且该冷却管由热导率大于200 W/m'K的材料构成。技术背景使用这种第一壁部件的典型实例是受到大于10 MW/m2的最高可 能热负荷的分流器和限制器。第一壁部件通常由热屏蔽件和散热区域 构成。热屏蔽件的材料必须与等离子体相容，具有对于物理和化学溅 射的高耐受性，具有高的熔点/升华点，以及尽可能高的抵抗热冲击 性。另外，热屏蔽件的材料还必须具有高的导热性、低的中子活性和 足够的强度/断裂韧性，以及好的可获得性和可接受的成本。除了例 如钨等难熔金属之外，石墨材料(例如纤维增强石墨)可以最好地符 合这些不同的、有时是互相矛盾的总体要求。由于来自等离子体的能 量流在很长的时间阶段内作用于这些第一壁部件上，因而这种第一壁 部件通常被主动冷却。通过吸热器来实现热量排放，该吸热器由例如 铜或铜合金构成，并且通常与热屏蔽件机械连接。可以用不同设计实现第一壁部件。在这方面，常规设计是通常 所说的整块设计。在整块设计中，第一壁部件由具有同心孔的热屏蔽 件构成。热屏蔽件经由该同心孔与冷却管连接。第一壁部件不仅必须耐受热引起的机械应力，而且必须耐受另外产生的机械应力。这种另外的机械载荷可以经由电磁感应电流而产 生，电磁感应电流流入第一壁部件并与周围的磁场相互作用。在这种 情况下，会出现必须由热屏蔽件(即例如由石墨材料)传递的高频加 速力。然而，石墨材料具有低的机械强度和断裂韧性。另外，在使用过程中，发生中子脆变，从而导致这些材料对于裂纹引入的敏感度进 一步增加。通常采用纤维增强石墨(CFC)作为石墨材料。在这种情 况下，三维、线性地布置纤维增强。根据定向，纤维的结构给予材料不同的性能。CFC通常借助于Ex-沥青纤维沿着一个方向得到增强， Ex-沥青纤维具有最高的强度和导热性。其它两个方向借助于Ex-聚 丙烯腈纤维得到增强，其中通常只有一个方向是针剌的。这样，尽管CFC具有线性材料结构，然而热屏蔽件/冷却管连接 几何形状是圆形的。由于所用材料的热膨胀系数不同，因而在制造过 程中，发生应力聚集，这会导致在CFC中产生裂纹。由于几何条件和 所用的材料组合，即使能够检测，也只能借助于高度复杂的方法检测 这些裂纹。在核环境背景下，这为这种第一壁部件提出了的相应问题， 最重要的还是因为裂纹/剥落物被看作是重大事故的可能诱因。尽管 在第一壁部件领域有复杂、累年的开发活动，然而迄今为止可获得的 第一壁部件不能最佳地满足总体要求。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种第一壁部件，该第一壁部件 可以适当地满足由机械应力产生的要求。根据本专利技术的第一方面实现该目的。第一壁部件包括至少一个 热屏蔽件，该热屏蔽件由石墨材料构成，并具有朝向等离子体倾斜的 表面A并具有与表面A相反的表面B。热屏蔽件具有一个或多个狭槽， 该狭槽终止于表面A或表面B，并且沿着冷却管的轴线方向观看，该 狭槽在该热屏蔽件的基本上整个长度上延伸。此外，有利的是，狭槽 底部区域中的最大狭槽宽度不超过D/2， D是冷却管的外径。在实例 中更加详细叙述的试验表明，根据本专利技术的第一壁部件可以适当地应 对由制造和热循环导致的机械应力。有利的是，狭槽大致相对于表面 A或表面B垂直地延伸。狭槽深度x又有利地大于表面A或表面B与 最接近的冷却管表面之间的距离的二分之一。特别有利的狭槽深度x 的范围是u/2《x《9u/10， u是沿着竖直方向测量的表面A或表面B 与最接近的冷却管表面之间的间隔。然而，狭槽甚至也可以一直延伸到冷却管或一直延伸到包裹该冷却管的延性层。在这种情况下，热屏 蔽件不具有闭合的引入件而具有敞开的引入件。由于通常使用具有圆 形横截面的冷却管，因而引入件也具有圆形横截面。作为例如金刚石锯法或线切割法等可获得的石墨材料切削方法的结果，可以获得10pm的最小狭槽宽度。优选最大狭槽宽度是D/3。 为了避免狭槽底部的应力峰值，有利的是，狭槽底部具有处于O. 5X 狭槽宽度范围内的半径。此外，狭槽终止于表面B是有利的，因为在 使用过程中，在狭槽的面对等离子体的表面上的区域中发生轻微的侵 蚀。另一种有利的形式是单狭槽变体，该狭槽指向朝向冷却管中心点 的方向。在实例中详细描述中还表明，使用两个或三个狭槽也在很大 程度上减小了在制造和热循环过程中产生的应力。特别是当Ex-沥青 纤维大致相对于表面A垂直地定向，Ex-聚丙烯腈纤维与冷却管的轴 线平行地定向，并且针刺的Ex-聚丙烯腈纤维相对于冷却管轴线径向 定向时，用于热屏蔽件的CFC与根据本专利技术的狭槽的组合导致特别有 益的组合效果。由于经济原因并由于高导热性，应当优选将铜合金用 于冷却管。此外，可以通过在冷却管和热屏蔽件之间引入极软层(硬 度〈200HV)来减小第一壁部件中的应力。下面，例如借助于图1至图7和实例来对本专利技术进行解释和说明。 附图说明图1示出根据本专利技术的具有狭槽的第一壁部件的斜视图； 图2示出根据图1的第一壁部件的俯视图；图3示出根据图1的第一壁部件的横截面以及CFC纤维方向； 图4示出根据本专利技术的具有两个狭槽的第一壁部件的斜视图； 图5示出根据图4的第一壁部件的俯视图；图6示出根据图4的第一壁部件的横截面以及CFC纤维方向；以及图7示出根据本专利技术的具有V形狭槽的第一壁部件的俯视图。如下制造根据图1至图3的第一壁部件1:由纤维增强的石墨块(CFC)做出具有孔4的呈整块形式的热屏 蔽件2，高强度Ex-沥青纤维(Ex-pitch fiber)位于导热性最高的 方向上，Ex-聚丙烯腈纤维(Ex-PAN fiber)与冷却管的轴线平行， 而针刺的Ex-聚丙烯腈纤维位于冷却管轴线上。各个整块的尺寸是40 mm (Ex-沥青)、30 mm (Ex-聚丙烯腈)和20 mm (针刺的Ex-聚丙烯 腈)。孔4的直径是14 mm，并且孔4位于热屏蔽件2的对称中心9 处。在进一步处理之前，孔4的壁通过激光构造，结果是在CFC中引 入多个锥形洞。这种洞通常具有约0. 5 mm的深度，并在表面上具有 0.2 mm 0. 3 mm的开口。选择间隔，以便使得孔壁的表面最大化。 在背对等离子体的表面6上，借助于线切割在热屏蔽件2中引入具有 0.3mm狭槽宽度的狭槽7。狭槽7位于热屏蔽件2的对称轴线上，并 从背对等离子体的表面6延伸到位于中心的孔4中。随后，在例如钛 等碳化物形成元素存在的情况下，经由铸造工序用无氧铜填充孔4。 这样进行上述工序，即在该铸造工序的过程中，使得在热屏蔽件2 中先前引入的O. 3 mm宽的狭槽7不被铜浸湿。在铸造工序之后，与 加工状态相比，狭槽7的侧面具有较小的间隔。这一事实表明，所产 生的应力转化为变形。这导致应力减小，而第一壁部件1的作用容量 和有益性能不因该尺度而受到损失。此外，也可以通过在冷却管和热 屏蔽件2之间设置由硬度小于200HV的纯铜或铜合金构成的层8，以 减小第一壁部件中的应力。备用状态下CFC/Cu界面的目测和金相评 价未给出CFC/Cu复合物中可能分层的任何迹象。随后，对这样获得的填充铜的孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚变反应堆的第一壁部件（１），所述第一壁部件包括： 至少一个热屏蔽件（２），其由石墨材料构成；以及 冷却管（３），其具有外径Ｄ，冷却剂流经所述冷却管，所述冷却管与所述热屏蔽件（２）至少部分地材料结合，并且所述冷却管由热导率大于２００Ｗ／ｍ.Ｋ的材料构成， 所述热屏蔽件（２）具有闭合或敞开的引入件（４）、朝向等离子体倾斜的表面Ａ（５）、与所述表面Ａ（５）相反的表面Ｂ（６）、长度ｌ和宽度ｂ， 其特征在于，所述热屏蔽件（２）具有至少一个狭槽（７），所述狭槽（７）基本在整个长度ｌ上延伸，并终止于表面Ａ（５）或表面Ｂ（６）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AT 2005-3-22 GM 179/20051. 一种聚变反应堆的第一壁部件(1)，所述第一壁部件包括 至少一个热屏蔽件(2)，其由石墨材料构成；以及冷却管(3)，其具有外径D，冷却剂流经所述冷却管，所述冷 却管与所述热屏蔽件(2)至少部分地材料结合，并且所述冷却管由 热导率大于200 W/ra K的材料构成，所述热屏蔽件(2)具有闭合或敞开的引入件(4)、朝向等离 子体倾斜的表面A (5)、与所述表面A (5)相反的表面B (6)、长 度1和宽度b，其特征在于，所述热屏蔽件(2)具有至少一个狭槽(7)，所 述狭槽(7)基本在整个长度1上延伸，并终止于表面A (5)或表面 B (6)。2. 根据权利要求1所述的第一壁部件(1)，其特征在于， 在所述狭槽底部的最大狭槽宽度y是D/2。3. 根据权利要求1或2所述的第一壁部件(1)，其特征在于， 终止于表面A (5)或表面B (6)的所述狭槽(7)基本上相对于各个表面A (5)或表面B (6)垂直地延伸。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的第一壁部件(1)，其 特征在于，所述狭槽(7)具有深度x，其中u/2《x《u， u是所述热屏蔽表 面(5， 6)与所述冷却管(3)之间的最小间隔。5. 根据权利要求4所述的第一壁部件(1)，其特征在于， 所述狭槽(7) —直延伸到所述冷却管(3)。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的第一壁部件(1)，其 特征在于，在所述狭槽底部的最大狭槽宽度y满足10pm<y<D/3。7. 根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯弗里德里希，阿尔诺普兰肯施泰纳，贝尔特拉姆舍德勒，卡尔海因茨沙伊贝尔，汉斯迪特尔弗里德勒，托马斯胡贝尔，迪特马尔舍德尔，安东察贝尼格，
申请(专利权)人：普兰西欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]
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