合肥研究院提出一种液态锂射流冷却的手指型偏滤器新概念

　　近日，中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所郁杰/陈志斌课题组在聚变堆新型偏滤器靶板设计研究中取得新进展。

　　聚变堆偏滤器面临高能中子辐照环境下高热负荷的移除难题。已有研究主要在ITER钨铜穿管型偏滤器冷却方案的基础上开展优化，虽已基本满足20 MW/m²载热要求，但在高能中子辐照环境下长期运行，仍存在材料辐照蠕变失效等诸多需要探索的问题。

　　研究人员基于液态金属锂冷却剂优异的除热能力，提出了一种液态锂射流冷却的手指型偏滤器新概念，其具有以下优点：（1）液态锂具有优良的传热性能，其导热系数比水高2个数量级，其密度比水小，对泵的功率要求更低。（2）液态锂可以在高温下工作（沸点高达1342 ℃），从而获得更高的热效率，且无须担心临界热流密度的限制。（3）锂与钨合金在低于1370℃的温度下材料相容性良好，可避免使用铜合金作为热沉材料。经过热工水力、结构力学和磁流体效应等的分析表明，该方案的温度、应力均可维持在材料允许范围内，且磁流体对压降和传热的影响较为有限。该方案为解决聚变堆偏滤器高热负荷的移除问题提供了一种新选项。

　　相关研究成果以A novel liquid lithium jet-cooled finger-type divertor target concept for fusion power plant application为题，发表在Nuclear Fusion上。研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金的资助。

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图1.液态锂射流冷却的手指型偏滤器靶板方案设计

图2.温度和应力分析结果