Abstract
本文主要是利用數值的方法, 考慮材料的機械性質, 斷裂性質, 及設計因素, 并破裂行為, 對融合反應器第一牆作壽命評估。以往第一牆的設計都是以316 不□鋼作為Tokamak 反應器第一牆的材料。但是316 不□鋼的抗?變性及抗腫脹性較差, 會對第一牆產生較大之應力, 并其熱膨脹系數較大, 在受熱膨脹時會對第一牆產生較大之熱應力。因此在本研究中, 引進一種12Cr-1Mo的鉻系合金鋼,HT-9,含鉻量在9-12%, 左右, 此材料最初用於U.S.liquid metal fas-t breeder reactor, 此材料於500℃ 時, 有較佳之抗潛變性, 并對中子引發之腫脹效應有較佳之抗性, 為近年來設計核融核反應器第一道牆的最佳材料選擇。融合反應器在運轉時, 會產生一非常惡劣之環境, 若此時, 在牆上存在一未被發現之微小裂縫, 則此裂縫會以一半橢圓形的2 維成長方式在牆上逐漸延伸。在融合反應器長期的運轉后, 導致牆以外漏或脆性破斷兩種方式破壞。反應器第一牆的主要破壞機構為疲勞斷裂。但是潛變破裂, 腫脹效應, 輻射脆化, 剝蝕效應等幾種效應的合成也會對破裂成長的速率產生影響, 降低反應器第一牆的壽命。本研究中引用Waston對Tokamak 反應器第一牆所作之破裂分析程式WISECRACK,并對肥粒鐵系合金鋼HT-9, 作相同之評估, 可得一結果:316SS的裂縫成長行為和HT-9肥粒鋼大致相同, 決定此二種材料作為反應器第一牆壽命長短之關鍵因素乃在於此二種材料於牆上之應力分佈。因為HT-9肥粒鋼的起始應力及長期運轉下的應力均較316 不□鋼來得低, 所以HT-9合金鋼的壽命比316 不凄鋼來得長。若316 不□鋼和HT-9肥粒鋼此兩種材料均面臨剝蝕效應時, 因HT-9肥粒鋼的腫脹抗性佳, 剝蝕效應降低壁上的溫度梯度的改變并不會對腫脹應力發生很大的影響,316不□鋼的腫脹抗性差, 溫度梯度的改變對腫脹應力的影響極鉅。在剝蝕初期,HT-9 肥粒鋼的應力較316 不□鋼來得低。但在最后階段兩者呈現的應力都是極大的, 而導致牆急遽的破壞。在本報告中, 對各種影響第一牆壽命的變數, 諸如牆的厚度, 牆表面的熱通量, 牆上不同啟始裂縫的深度, 牆上冷卻側冷卻劑對器壁的溫度, 不同的剝蝕速率, 有無輻射脆化的效應, 牆上initial aspect ratio等, 均有詳細的研究及討論。壽命評估的結果指出:HT-9 肥粒鋼的優異性質, 可有效的延長反應器第一牆的壽命。