第一壁是核聚变中面对等离子体的一层固体结构，也就是真空室壁。它用于封闭等离子体。可吸收等离子体释放能量的20％左右。从等离子体中逸出的氢离子的溅蚀会引起壁材料的严重腐蚀。必须在制作壁的特种钢材的表面涂敷石墨或CH0.4膜以防腐蚀。

定义(概述 组成部分)

特点及种类(基本特点 基本种类 天下第一壁——九龙壁)

定义

概述

第一壁是核聚变中面对等离子体的一层固体结构，也就是真空室壁。它用于封闭等离子体。可吸收等离子体释放能量的20%左右。从等离子体中逸出的氢离子的溅蚀会引起壁材料的严重腐蚀。必须在制作壁的特种钢材的表面涂敷石墨或CH0.4膜以防腐蚀。

组成部分

第一壁是包容等离子体区和真空区的部件。又称面向等离子体部件。它与其外围的增殖区结构紧密相连，常包括在增殖区结构中。比较成熟的托卡马克反应堆的第一壁包括以下部件:①第一壁:形成等离子体和真空室的容器壁;②孔栏:限定等离子体边界的部件，也可以兼作杂质控制系统;③偏滤 器:杂质控制系统;④其他部件:如中性束流注射区、诊断窗口及内衬板等。

特点及种类

基本特点

在聚变堆中，第一壁材料受到等离子体中发 射出来的高能中子、电磁辐射和高能粒子(氛、氮、氦 和杂质)的强烈作用。一个商用的托卡马克反应堆，一 般中子壁负荷为2一SMW/mZ。中子壁负荷是一个与 聚变堆的功率密度有关的设计指标，数值上等于单位面 积的第一壁材料上的聚变中子源强度与中子能量的乘 积。与1 MW/mZ的中子壁负荷相对应的聚变中子源强 度(能量为14 .069 MeV)是4 .43 X 10，7n/mZ·s。这些高 能中子的平均自由程为0.3m或更长一些，将会引起 整个第一壁和增殖区的辐照损伤。氖氖反应的聚变能， 除了中子的能量以外，氦原子具有3.SMeV的能量。 后者以光子或高能粒子的形式入射在第一壁的表面。光 子能量均匀地沉积在第一壁上，约占全部表面热负荷的 20一60%。高能粒子的能量则主要沉积在孔栏板或偏滤 器上。因此，聚变堆第一壁材料必须能经受等离子体逃 逸粒子作用下的表面溅射、起泡与剥蚀等的作用，不造 成对等离子体的过度污染，能经受比较高的表面热负 荷，而且在发生等离子体破裂事件时，能承受等离子体 能量快速(毫秒级)沉积产生的高热负荷的瞬态过程，必 须抗中子辐照损伤，抗氢脆(D，T)，抗氦脆和气体肿 胀，具有与周围环境的相适应性，具有尽可能低的长半 衰期放射性产物。

基本种类

第一壁材料主要包括第一壁表面覆盖材料、第一壁结构材料、高热流材料和低活化材料。 第一壁表面覆盖材料早期的聚变堆概念设计，第一壁材料既作为结构材料也作为等离子体界面材料。所考虑的材料是不锈钢和高熔点金属及其合金等。这些 中、高原子序数材料在等离子体离子和中性粒子的作用 下发生溅射，溅射产物进入等离子体引起的热辐射损 失，随着原子序数的增加急剧上升，容易引发等离子体 的破裂(见等离子体与材料表面相互作用)。所以，以后 的聚变堆概念设计采用了在第一壁材料上覆盖一层低原 子序数材料的办法。覆盖层可以选择一些与等离子体相 互作用性能优越的材料，结构功能则由基体材料承担。 可供选择的覆盖层材料主要有被(Be)、石墨、硼、碳 化硼、碳化硅、氧化被和碳化钦等。纤维强化复合材料 碳一碳、碳一碳化硅等，由于其优良的抗热冲击性能，也 可用作覆盖层材料。 第一壁结构材料表面覆盖层下的结构材料。既作 为真空室的壁，又包容第一壁冷却剂，在多数设计中又 是增殖区的一部分。故要求其在高温、高中子通量、高 热负荷和高温冷却剂的环境中具有合适的工作寿命。 聚变反应产生的14MeV中子对材料的离位损伤 速率高于裂变中子，即dPa高(见中子辐照)。但它的 (n，a)和(n，p)及其他核反应的截面更大，在不锈钢 中的气体产生速率要比在快中子堆中大20一30倍。高气体产生速率与离位损伤相结合(高的He/即a比值) 使聚变堆材料的辐照环境比快中子堆更为苛刻。氦 (He)是不溶解的惰性气体，在高温下迁移并为其他缺 陷如空位、位错所捕获，聚集长大成为气泡(氢原子的 溶解度大，不易聚集成泡)，使材料发生肿胀和氦脆， 降低材料的塑性和尺寸稳定性。肿胀和氦脆的出现和严 重程度与温度有关。其他核反应生成的嫂变元素长期积 累后的合金化效应也必须考虑。托卡马克堆第一壁表面 热负荷约为0.2一1.SMW/mZ。第一壁如果是比较厚 的板，则要考虑热应力的影响;如果反应堆运行在周期 性工况，则要考虑材料的疲劳性能。 第一壁结构材料在上述条件下，除具有合适的机械 性能外，还要具有与增殖材料，冷却剂良好的相容性。 可作为第一壁结构材料的有:奥氏体不锈钢(AISI 316， PCA)，铁素体不锈钢(HT一9)，钒(V)、钦(Ti)、视 (Nb)和铂(Mo)等金属及合金。重点开发的是制造工艺 已经成熟的材料。 高热流材料第一壁部件中的孔栏和偏滤器是高能 逃逸离子沉积能量的主要区域，其表面热负荷比第一壁 表面平均值高一个量级以上。此外，聚变堆运行时，偶 尔会发生等离子体破裂的事件，这时等离子体的能量将 在毫秒级的短时间内倾注在第一壁的某些区域，包括孔 栏或偏滤器上。因此，这些部件必须采用高热流材料。 常用的高热流材料有铜合金(沉淀硬化合金，Cu一Mo 系合金等)，钥合金(TZM一Mo一Ti一Zr一C合金，MO- Re系合金)，锭合金以及钨(W)、铁和石墨等。或者 应用衬板的形式保护第一壁结构的完整性。用作衬板的 材料有碳纤维强化材料，被和石墨等。 低活化材料聚变燃料发生聚变反应时并不象裂变 燃料那样具有大量放射性裂变产物，主要的放射性来源 是第一壁和增殖区材料的中子活化。为了使聚变堆成为 更有吸引力的能源，从事聚变研究的一些国家以研究开 发低活化的第一壁材料作为远期目标，目的在于降低总 放射性水平，特别是避免生成长半衰期放射性同位素， 即限制材料中镍(Ni)、铝和视的含量。已提出的低活 化材料有不含镍的铬锰(Cr一Mn)奥氏体不锈钢、9 Crl W和gCr3W等的改进型钢、马氏体钢，以及钒合金 和高纯度(99.98%以上)的碳纤维增强材料。

天下第一壁——九龙壁

九龙壁位于大同市城区东街路南，坐南朝北，为单面五彩琉璃照壁，明代建筑，也是我国现存建造年代最早、规模最大且历史价值、旅游价值最大的一座五彩琉璃龙壁。

九龙壁高8米、厚2米、长44.5米，共分上、中、下三个部分：壁顶覆盖琉璃瓦，顶下由琉璃斗拱支撑，壁底为须弥座，敦实富丽，上雕41组二龙戏珠图案，腰部由75块琉璃砖组成浮雕，有牛、马、狗、鹿、兔等多种动物形象，生动活泼，多彩多姿。整个九龙壁构图协调，比例适当，风格古朴、稳重、端庄，仅壁身的九龙壁主体高度就有3.72米。壁上均匀协调地分布着九条飞龙，以飞腾之势跃然壁上，活灵活现。正中一条龙是九龙中心，它龙头向前，龙尾摆动，黄色的主体，鳞光闪烁。主龙两侧的两条龙互相对称，构成一幅生动的画面，龙的间隙由山石、水草图案填充，互相映照。每当旭日东升时，金色的阳光洒在龙壁上，九条巨龙大有冲破云雾、昂首摆尾腾空而上之势。

九龙壁前有一个倒影池，长34.9米、宽4.38米、深0.8米，中段有石桥让人穿行。每当夏秋之季，经光线的折射，在一定的时间内九条巨龙映在水中，犹如真龙再现，这就是常言所说的“活龙活现”。