钼材料在核聚变中的应用前景!

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琳红谈股
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大家都知道可控核聚变是人类利用能源的理想终极目标,前途无限广阔。资本市场相关概念也风起云涌。

核聚变的难点其实就是如何模拟一个类似太阳内部高温高压高腐蚀的环境,让两个质量较轻的原子核发生核聚变反应,释放出巨大能量。

而人类可控核聚变是无法模拟太阳的引力,只能通过更高温度来加速原子核运动,再配合磁场约束提升密度,弥补引力不足,触发聚变,所以温度要比太阳内部温度1500万度还要高10倍到1.5亿度。

所以说人类可控核聚变装置理论上是目前人类已知对材料科学的极致考验。

需要1.5亿摄氏度的等离子体高温(远超所有材料熔点)、每平方米数百万瓦的热流密度、高能中子的持续轰击(会改变材料原子结构),同时还要耐受强磁场、氢同位素腐蚀等。

这种“高温+高能+强腐蚀”的复合极端环境,在航天、深海探测、核裂变等其他高端领域中也极为罕见,对材料的耐高温、抗辐照、结构稳定性等综合性能,提出了当前人类材料研发的顶尖挑战。

在应对这种核聚变极端环境方面,钼基材料具备了一系列关键特性:其超高熔点(2620°C) 奠定了耐高温基础;优异的热导率(138 W/(m·K)) 确保了高效散热;低热膨胀系数(4.8 μm/(m·K)) 保障了结构尺寸稳定性;加之良好的抗辐照性能,使其成为面对高温等离子体和高能中子辐照的理想选择。

大家可能疑惑钼熔点是2620摄氏度,而核聚变需要1.5亿摄氏度的等离子体高温,那也达不到这么高标准而被融化?

其实这个装置壁的钼合金材料不用直接接触1.5亿摄氏度的燃料,只需要接住燃料偶尔“溅出来”的一点“火星”(少量热辐射和粒子),这对它们来说完全能承受。类似我们平时油炸食物不小心溅一滴几百度高温油到身体上也问题不大一样。

同时为进一步提升性能,也可以通过合金化改性(如开发Mo-Re、TZM、ODS钼合金等)与表面工程技术,钼材料的强度、韧性与抗腐蚀能力可以得到更显著增强,完全满足了聚变装置对材料的苛刻要求。

总之国内外大量研究与实践表明,钼及其合金凭借其不可替代的综合性能,已成为聚变装置关键部件的核心材料,展现出广阔的应用前景。

这些优异的性能已推动钼材料从实验室走向国际大型聚变装置。在EAST(全超导托卡马克) 和ITER(国际热核聚变实验堆) 等项目中,钼材在第一壁、偏滤器、氚增殖系统和燃料注入系统等关键部件上的大量应用和可靠表现,为其未来大规模商业化应用提供了有力证明。

随着中国核聚变工程实验堆(CFETR) 等下一代示范堆的规划与建设,钼材料的市场需求必将迎来爆发式增长,为整个产业链带来前所未有的发展机遇。

根据国际能源署(IEA)的统计,全球范围内正在推进的可控核聚变示范项目总量已达到43个,分布在18个国家 。

据这机构预估,到2030年,这些全球核聚变示范装置对钼材料的累计需求将达到7500-9400吨 。

考虑到核聚变技术的快速发展和商业化进程的加速,这一数字可能还会大幅提升。特别是在2030-2050年期间,随着核聚变电站的大规模商业化建设,钼材料需求有望出现指数级爆发式增长。

相信随着人类的不断进步,钼材料的用途必将越来越广阔。金钼股份未来大有可为!

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