美国北卡罗来纳州立大学、橡树岭国家实验室与日本电子株式会社合作,通过电子束粉末床熔化工艺制造出全尺寸钨偏滤器瓦片,并在圣迭戈的DIII-D国家聚变设施中进行测试。瓦片于今年7月装入托卡马克下偏滤器,经历74次高约束模式等离子体放电后保持完整。桑迪亚国家实验室的乔纳森·科伯恩主导了本轮新型瓦片测试,他对团队表示瓦片表现相当好。
偏滤器承受等离子体排放的大部分热量,未来电站需要承受每平方米10至20兆瓦稳态热负荷的瓦片。钨的熔点为3422摄氏度,是金属中最高,但在约200至600摄氏度以下会开裂,多数激光打印尝试的成品存在孔隙和裂纹。电子束粉末床熔化工艺中,电子束使周围材料保持在1400摄氏度以上。
2025年,DIII-D中测试的打印小样承受了接近每平方米20兆瓦的热流,表面损伤很小,由此促成当年12月的全尺寸瓦片测试。该瓦片尺寸约140毫米乘130毫米,北卡罗来纳州立大学此前最大的钨打印件约为50毫米。日本电子工程师在昭岛市的JAM-5200EBM设备上打印了平面和穹顶设计,橡树岭国家实验室出资制造,北卡罗来纳州立大学以线切割电火花加工和数控磨削完成精加工,从受邀到安装历时约八个月。
橡树岭国家实验室的迈克尔·柯卡表示,证明打印钨瓦片能进入运行中的托卡马克并完整取出,使增材制造在聚变领域从有前景走向已验证。北卡罗来纳州立大学核工程助理教授弗洛里安·拉格纳表示,在DIII-D中暴露增材制造的钨,正在生成关于存活性和侵蚀的数据。
北卡罗来纳州立大学位于美国北卡罗来纳州罗利市,是一所公立研究型大学。橡树岭国家实验室位于美国田纳西州,是美国能源部下属的国家实验室。日本电子株式会社是一家总部位于日本东京的电子束设备制造商。
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