美国加速第一壁等关键部件材料开发以实现商业化聚变能源
添加时间：2024-11-14 点击次数：54
美国能源部高级计划研究局宣布向 13个项目核聚变材料项目提供 2980万美元，开发对商业化核聚变发电至关重要的下一代材料。这些项目在 “打造坚固耐用的核聚变第一壁，整合集中知识”（CHADWICK）计划下，CHADWICK 计划旨在发现或开发一类能够在核聚变发电厂整个生命周期内保持设计性能的第一壁材料。
何谓第一壁？
第一壁是核聚变发电厂的组成部分，是在反应堆中产生能量时面向等离子体的最内层表面。因此，能够建造更好的内壁可以提升反应堆的性能，也会影响其整体寿命。这也是聚变电力商业化的主要障碍之一，使用最佳的第一壁材料将大大促进商业聚变能源的实现。第一壁的强度和寿命是电厂服务寿命的关键，具有降低运营成本的潜力。
一、德克萨斯A&M工程实验站
德克萨斯 A&M 工程实验站将训练机器学习工具，以发现用于核聚变发电厂的新材料。研究人员表示，他们利用合成、辐照和测试设施，以及通过机器学习增强的先进计算机模拟，进行高影响力的材料甄选。利用AI将能够在发现新材料的速度上提升 1000倍，且团队能够每天通过模拟筛选数百种材料，再由实验设施合成和测试最有希望的候选材料。在近乎无限的设计空间中，该项目将确定和制造几种适合替代聚变发电厂第一壁材料的优化材料。该实验站获得 236万美元的资金支持。二、ExoFusion公司ExoFusion 公司将开发一种用于核聚变第一壁的新型液体材料，该材料具有低蒸气压、低熔点和低等离子体污染等特点，能够在商业聚变发电厂的恶劣环境中持续补充第一壁材料。拟议方法涉及在液态金属中掺杂少量低原子序数元素。该公司获得 50万美元的支持。
三、肯塔基大学肯塔基大学将用碳化物或磷化硼等陶瓷材料渗透多孔钨合金，以提高材料的热导率等。该项目将使用机器学习来优化多孔钨与陶瓷的体积分数，以保持辐照后的材料性能。陶瓷和钨材料之间的界面也有望作为辐照损伤吸收器，提高复合材料的辐照耐受性。该大学获得 230万美元的资金支持。
其他曾参与该项目的实验室情况| 实验室 | 项目 | 资金（美元） |
| 埃姆斯国家实验室 | 具有延展性和强度的耐火合金（RADS） | 300万 |
| 联邦融合系统（CFS） | 紧凑型托卡马克容器整体分层材料解决方案的联合优化 | 250万 |
| 约翰•霍普金斯大学 | 用于长脉冲托卡马克操作的复杂工程纳米晶钨合金等离子体表面材料 | 309万 |
| 劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL） | 复杂高性能装甲材料设计 | 340万 |
| 西北太平洋国家实验室（PNNL） | 用于熔合的纳米颗粒强化铁素体和钒合金 （FAVA-NSF） | 300万 |
| 萨瓦纳河国家实验室 | 合金发现的机器学习与功能梯度液态金属第一壁的几何优化相结合 | 150万 |
| 石溪大学 | 适用于极高温第一壁应用的复合低活化 UHTC 材料的设计和开发 | 250万 |
| 圣地亚哥加利福尼亚大学 | 用于快速聚变材料开发的高通量等离子体-材料相互作用测试 | 134万 |
| 伊利诺大学厄巴纳-香槟分校 | GRADED：具有辐射非晶化尺寸稳定性和能量耗散的梯度复合材料 | 250万 |
| 用于聚变材料工程的集中式和按需式辐射传输和技术经济学 （CORTEX） | 187万 |
来源：美国能源部高级计划研究局网站