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核聚变装置怎么承受1亿度的超高温?

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核聚变装置怎么承受1亿度的超高温?

发布日期:2020-04-18 作者:兰州不锈钢 点击:

今天,兰州不锈钢厂家的小编推送以下文章

你可以试试把装满水的纸杯放在蜡烛上烧,按照我的经验,纸杯是不会被烧着的,哪怕火焰的温度远远超过纸杯的燃点。核聚变堆也一样,等离子体的温度,和面向等离子体材料的温度,这是两码事。材料承受的温度取决于两点,一个是材料吸收热量的速度,即所承受的热流密度(单位时间单位面积所承受的热量),另一个是材料的散热速度。吸热越快,或散热越慢,材料的温度就越高,反之亦然。

聚变堆中等离子体温度虽然高,但密度并不是很大,因此材料吸收热量的速度并没有你想象的那么夸张。此外,面向等离子体部件通常都是热导率较高的材料,并在关键部位辅以水冷或氦冷,用来加快散热速度,确保材料不至于过热。

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以中国聚变工程实验堆(CFETR)为例,根据万元熙院士 17 年发表在 Nuclear Fusion 上的这篇论文[1],CFETR 第一阶段的目标功率是 50-200 MW,第二阶段为 1000 MW。这里不妨取最高值 1000 MW。而 CFETR 的设计尺寸为大半径 R=6.6 m,小半径 r=1.8 m。按理想圆环面计算,其面积为:

因此,平均热流密度为:

等离子体部件中,偏滤器大概长这样,钨装甲用来抵抗等离子体冲击,内嵌铜管用来进行水冷或氦冷:

其中钨装甲的热导率为:K=173K(m.k)

假设钨装甲的厚度为:L=1cm

那么在 1000MW 的功率下,可以粗略估算出材料内外表面的温度差:

也就是说,平均而言,材料内表面只比外表面高 100 多摄氏度。而金属钨的熔点足足有 3000 多摄氏度,只要外表面的做好冷却,这点温度差不足以造成材料的损伤。

今天,兰州不锈钢厂家的小编就推送到这里了,想了解更多的朋友可以继续关注我。

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