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面向等离子体部件(PFCs)
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偏滤器-连接可控核聚变和商业发电的桥梁
2025-11-03 23:48
行业与公司 * 涉及的行业为可控核聚变(核能)领域,具体聚焦于聚变堆的关键部件,特别是面向等离子体部件(PFCs)和偏滤器[1][2] * 涉及的公司包括西安瑞福莱钨钼有限公司(西部材料子公司)、安泰科技、合肥聚能电物理、南京雷孚欣、安徽应流、国光电器等国内企业[2][13] 核心观点与论据 中国核能与可控聚变发展战略 * 中国核能发展战略分为三步:压水堆(当前主力,如华龙一号)、快堆(第四代,利用铀238废料生成钚239)、聚变堆(以氘为燃料)[2] * 国内可控核聚变发展有两条主要路线:中科院的合肥方案(包括EAST装置、BESIII装置、CFETR示范堆,目标本世纪中叶建成G瓦级商用堆)和中核集团的环流系列(计划建设星火一号混合堆和环流4号工程实验堆)[4] 可控核聚变技术原理与关键部件 * 衡量可控核聚变反应的关键因素包括聚变三乘积(温度、密度、约束时间)和能量增益因子Q值(Q值大于1表示有能量输出,有商用价值)[2][3] * 国际主要约束方式有三种:惯性约束(如激光约束)、磁约束(如托卡马克装置,ITER项目目标Q值大于10)、磁惯性约束[6][7] * 面向等离子体部件(PFCs)是聚变堆核心,负责能量转换和氚增殖,主要包括包层和偏滤器[5] * 包层是重要组成部分,通过一、二回路系统加热水产生蒸汽发电,并需增殖氚以确保持续供应[1][5] * 偏滤器作用是利用磁场导出聚变反应副产物氦,承受极高热负荷(10~20兆瓦每平方米)[1][10] 关键材料技术与挑战 * 氚的增殖通过中子轰击锂-6实现,并使用中子倍增剂(如铍)提高效率,高能中子还可将铀-238转化为钚-239[8] * 钨是PFCs关键材料,优势包括低中子活性、高熔点等,但也存在脆性差、辐照后脆化等问题,改性钨材料是研究重点[1][12] * 典型PFCs结构包括:纯钨或石墨表面、无氧铜过渡层、络锆铜、316不锈钢水流道载体[2][11] * 目前尚无一种改性钨材料能完全满足未来工程示范堆要求,研究人员正探索弥散强化、固溶强化等方式,高熵合金等新材料路径尚未形成共识[12][17] 国内企业进展与竞争格局 * 国内企业在聚变堆关键部件生产方面取得进展:安泰科技具备生产平板型与窗管型偏滤器能力,合肥聚能电物理参与BEST项目研发,南京雷孚欣掌握爆炸复合板技术,西部材料旗下瑞福莱公司可批量供应钨铜复合部件[2][13] * 西安瑞福莱钨钼有限公司具备年产450吨高品质钨钼生产线,拥有40余项专利,主持或参与起草20余项标准,在难熔金属加工、扩散焊接等方面有技术优势[2][14] * 公司为ITER项目提供多种关键部件(如第一壁P3M合金瓦、偏滤器用穿管型偏滤器),并为BEST项目提供偏滤器原型件[15] * 在偏滤器部件技术上,安泰科技与瑞福莱在材料方面平分秋色,安泰科技经验更丰富;安泰科技、合肥聚能电物理(热等静压路线)与南京雷孚欣(钎焊路线)在部件整合上水平相当,但合肥聚能电物理因背靠等离子体所发展较快[16] 其他重要内容 * 聚变裂变混合堆的包层分为屏蔽包层(屏蔽辐射)和增值包层(增殖氚,并将铀-238转化为钚-239)[9] * 新奥集团等民间资本也参与设计建造各种特色反应堆[4]