面向等离子体材料
中国科学院上海硅酸盐研究所作者：武安华
图1 面向等离子体材料
图2 Tokamak装置示意图
(a)Outline(b)Inside
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。
