科技：我國研發出抗中子輻照鋼 為聚變堆披上「安全鎧甲」

抗中子輻照鋼CLAM

科技日報記者 吳長鋒

記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，該院的核能安全所在我國抗中子輻照鋼CLAM高溫服役安全性研究方面取得重要進展，完成了CLAM鋼在服役上限溫度550℃的斷裂韌性行為研究，驗證了其在國際熱核聚變實驗堆（ITER）實驗包層模塊（TBM）中服役的高溫斷裂可靠性，相關成果日前發表在國際核材料頂級期刊《核材料雜誌》（Journal of Nuclear Materials）上。

據介紹，聚變堆包層在服役中將持續受到來自堆芯等離子體聚變產生的高熱載荷，而材料在高溫下的斷裂韌性是包層強度設計的重要依據。CLAM鋼是中科院核能安全所牽頭研發的具有自主知識產權的中國抗中子輻照鋼，可應用於聚變堆、聚變裂變混合堆和裂變鉛基堆等先進核能系統。

聚變堆外殼

為評估材料斷裂性能是否滿足ITER包層服役安全需求，研究人員開展了CLAM鋼在550℃的抗裂紋失穩擴展能力研究，科研人員通過對CLAM鋼的准靜態斷裂實驗，在450°C-550°C的溫度範圍的結果表明，CLAM鋼的斷裂行為受試驗溫度的影響很大。隨著溫度從450℃升高到500℃，斷裂韌性略有增加。但同時，由於該溫度區域附近的塑性變形，溫度到550℃就會喪失斷裂韌性。

上述研究結果表明，CLAM鋼具有良好的高溫韌性，能夠有效保證ITER-TBM服役壽期內的高溫服役安全性，為未來聚變堆等先進核能系統的發展提供了材料支持。

CLAM簡介

CLAM鋼全稱是中國低活化馬氏體鋼（China Low Activation Martensitic steel），是低活化鐵素體/ 馬氏體鋼鋼 (RAFM)的一種。由中國科學院FDS團隊在國家自然科學基金、中科院知識創新工程、973 計劃等項目的支持下與國內外多家研究所和大學共同設計和研發的具有中國自主知識產權的、成分及性能優化的RAFM鋼

CLAM發展歷史

低活化鐵素體/馬氏體鋼鋼(RAFM)具有較低的輻照腫脹和熱膨脹係數、較高的熱導率等優良的熱物理、機械性能，以及相對較為成熟的技術基礎，因此被普遍認為是未來聚變示範堆和聚變動力堆的首選結構材料。目前世界各國均在發展和研究各自的RAFM鋼，如日本的F82H和JLF21，歐洲的EUROFER 97以及美國的9Cr-2WVTa等。

為了趕上國際聚變堆研究形勢發展的步伐，適應即將建造的國際熱核聚變實驗堆(ITER)實驗包層模塊(TBM)和未來動力示範堆發展的需要，從2001年開始，中科院等離子體物理研究所FDS(FusionDesignStudy)團隊在國家自然科學基金、中科院知識創新工程、973計劃等項目的支持下與國內外多家研究所和大學，如北京科技大學、中國原子能科學研究院、中科院金屬研究所、日本國立聚變科學研究所、西安交通大學等單位合作下，開展了對中國低活化馬氏體鋼—CLAM鋼的設計與研究，以發展具有中國自主知識產權的、成分及性能優化的RAFM鋼。近幾年來CLAM鋼研究取得了較大的進展，現在已經發展到噸級的冶煉水平 ，性能與國外已經發展多年的RAFM鋼(如EUROFER 97、JLF21等)的性能相當。

從 2003 年以來為順應ITER國際合作計劃以及相關包層的發展需求，進行了ITER實驗包層模塊的設計研究。在該一系列包層設計中 CLAM鋼是首選結構材料。

CLAM鋼成分

由於低活化的要求，CLAM鋼和其他低活化鋼一樣，採用 W、Ta 和 V 等合金元素來取代常規鐵素體/ 馬氏體中的 Mo、N b 和 Ni 等。

來源：科技日報，百度百科

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