美国团队提出聚变装置多孔钨内壁原位清洗新方法

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室、普林斯顿大学和宾夕法尼亚州立大学研究人员提出一种聚变系统内壁材料原位清洗方法，可在部件安装并密封于真空腔体后，利用加热和氖等离子体共同去除多孔钨材料表面污染物。相关研究成果已发表在《Nuclear Materials and Energy》上。

图片来源：Kyle Palmer / PPPL 传播部

聚变系统内壁需要承受极端高温。液态锂被认为是一种有潜力的壁面保护材料，可像水被海绵吸收一样，保存在多孔钨壁砖结构中。但这类多孔钨材料在先进制造过程中容易残留碳、氧、氮等杂质;当其接触液态锂后，碳和氧可能反应生成固体物质，堵塞孔隙，影响液态锂流动。即使材料在制造结束时经过清洁，安装过程中暴露于空气也可能再次受到污染。

在实验中，研究人员将高污染多孔钨样品放入普林斯顿等离子体物理实验室的“液态锂托卡马克实验-Beta”(LTX-β)装置中。该装置用于研究液态锂对等离子体及面向等离子体材料的影响。样品在装置内先接受氖辉光放电处理，随后加热至约800摄氏度。实验显示，加热与氖等离子体结合的清洗效果明显优于单独使用等离子体。

研究人员介绍，处理后样品外观由暗灰色转为金属银色。分析结果显示，样品表面洁净金属钨比例从0升至87%，碳含量显著下降。项目负责人卡米拉·洛佩斯·佩雷斯表示，这项研究为在聚变系统内部清洗多孔钨部件提供了框架，有助于减少材料污染对液态锂应用造成的限制。

研究团队选择氖而非氦等气体，是因为氖带电粒子质量更大，更有利于击出碳、氧等杂质。团队还升级了用于固定和测量样品的探针，使其能够承载更厚样品，并将加热过程更集中地作用于样品本身，从而提高测量精度。