近日，中科院合肥研究院核能安全所郁杰/陈志斌课题组在聚变堆新型偏滤器靶板设计方面取得新进展，研究成果以“A novel liquid lithium jet-cooled finger-type pertor target concept for fusion power plant application”发表于国际核聚变领域权威期刊Nuclear Fusion。汪振为第一作者，张世超为通讯作者。
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。现有研究主要在ITER钨铜穿管型偏滤器冷却方案的基础上开展优化，虽然已基本满足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问题需要探索。
课题组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，而其密度比水小，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，且无需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，可以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、应力均能维持在材料允许范围内，且磁流体对压降和传热的影响相当有限。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的选项。
该研究成果获得国家重点研发计划项目以及国家自然科学基金的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1088/1741-4326/abe7d1
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
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