第一壁

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2一5MW/m2。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/m2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/m2·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。氘氚反应的聚变能， 除了中子的能量以外，氦原子具有3.5MeV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。

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、氧化被和碳化钛等。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0.2一1.5MW/m2。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)、钛(Ti)、铌 (Nb)和钼(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)，钼合金(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)、铝和铌的含量。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。

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"。

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。

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。