图2 Tokamak装置示意图(a)Outline(b)Inside
图1 面向等离子体材料
能源是现代社会生活和发展的基础，取暖、防暑、照明、交通以及我们的日常生活都需要能源。目前，化石能源(一次能源)如煤、石油、天然气还是人类最主要的能量来源。能源短缺的问题已经暴露出来，而且将会变得越来越严重，为争夺有限的能源资源，获得稳定的石油供应，保证国民经济的发展，一些发达国家以“反恐”为名，不惜在石油储备丰富的海湾地区大动干戈。至于其它形式的能源，如水资源、太阳能、地热、风能和潮夕等的开发，受自然条件严重约束，只能在局部地区使用，不可能成为骨干能源。于是，人们将目光投向了核能。
聚变燃料具有很高的能量密度，0.6吨氘所蕴含的能量相当于2000000吨煤(21000个火车皮装载量)或1300000吨石油(10000000桶)或者30吨(1火车皮)氧化铀所蕴含的能量。普通水中，氢元素中的1/6500是氘原子。氘可以从海水中提取。氚可以从锂(Li)的增殖反应来获得。锂(Li)在地壳中大量赋存。
受控核聚变将会为人类提供一种清洁的、取之不尽、用之不竭的能源。聚变有以下几个方面优势：一是聚变反应放出的能量是裂变的四倍。二是聚变原料(氘、氚)存量丰富，具有总量达40亿吨，可供人类使用300亿年。三是聚变不产生放射性物质，不存在核废料处理问题，不污染环境。四是聚变堆出现事故时，可以通过停止加料使反应停止，不产生余热，不会出现堆芯熔化和泄漏事故。
为了能和平利用聚变能，许多科学家进行了不断的探索和研究，其中的关键的问题是核聚变的受控问题，而其中重要的材料问题就是面向等离子体材料的研制。面向等离子体材料是指在聚变装置内直接面向高温等离子体，用来保护聚变装置的第一壁和偏滤器的由B、C和Si等元素构成的低原子序数，高熔点，无毒性的无机非金属材料，如图1所示。在热核聚变装置中，聚变等离子体的边缘与其面对的材料有着强烈的作用，而面向等离子体材料有以下的良好性能：一是良好的导热性、抗热震性和高熔点；二是它受到等离子体强烈辐照等物理和化学冲刷所产生的杂质的数量很低，保证了聚变堆长期运行；三是它与氢(氘、氚)较低的吸附活性低，吸放气现象很少发生，保证了氢(氘、氚)的再循环作用；四是低放射性。这些优良性能保证了聚变堆装置的正常运行，为将来的聚变堆发电提供了有力的保障。 |
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