戴舒宇，潘 奔，刘 冰

(大连理工大学物理学院，辽宁 大连 116024)

在早期的聚变装置中，不锈钢通常被选择作为第一壁材料。但不锈钢材料会导致大量金属杂质进入主等离子体，产生强烈的杂质辐射，不利于聚变装置的高参数平稳运行。随着材料技术的成熟，石墨材料逐渐替代不锈钢，被用作面向等离子体材料。石墨材料带来的碳杂质相对较轻，轫致辐射引起的功率损失较小。同时，碳材料热导率高，表面不易过热熔化，且焊接特性优良，至今仍是限制器和偏滤器的首选材料之一[1-2]。但石墨材料的缺点也很明显，碳易升华，使用前需要进行壁处理；高温条件下强烈的碳杂质辐射会加剧石墨的升华和破碎损伤；氢离子的轰击也会导致石墨材料强烈的化学腐蚀。另一方面，具有高熔点和高热流承受能力的钨也是被广泛应用在各个聚变装置中的第一壁材料。相对于碳材料，钨的化学性质不活泼，没有化学溅射，同时作为高Z材料，钨的物理溅射阈值高。但钨材料产生的高Z杂质会带来强烈的轫致辐射，而且钨的加工性差，钨尘埃易爆。所以在如今的聚变装置中，常用锂[3-4]、硼[5]等低Z材料对高Z第一壁材料进行壁处理，可以有效减少高Z杂质的辐射。近年来，人们还开展了大量关于流动液态金属第一壁的研究，以解决靶板高热负荷、中子辐照损伤和氚滞留等问题，锂通常被认为是一种理想的液态金属壁材料。

现在聚变装置中使用的各种主流材料都有显而易见的优点，也都存在其固有的缺陷，比较不同靶板材料下边缘等离子体参数，可以更加深入地分析不同材料的特性及其引入杂质所造成的影响，有助于对未来聚变装置中第一壁材料的选择提供参考。……