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Towards a programme of testing and qualification for structural and plasma-facing materials in 'fusion neutron' environments

D. Stork, R. Heidinger, T. Muroga, S.J. Zinkle, A. Moeslang, M. Porton, J.-L. Boutard, S. Gonzalez, A. Ibarra2017年被引用 37Nuclear FusionIF 3出版社

Materials damage by 14.1MeV neutrons from deuterium–tritium (D–T) fusion reactions can only be characterised definitively by subjecting a relevant configuration of test materials to high-intensity 'fusion-neutron spectrum sources', i.e. those simulating closely D–T fusion-neutron spectra. This provides major challenges to programmes to design and construct a demonstration fusion reactor prior to having a large-scale, high-intensity source of such neutrons. In this paper, we discuss the different aspects related to these 'relevant configuration' tests, including: • generic issues in materials qualification/validation, comparing safety requirements against those of investment protection; • lessons learned from the fission programme, enabling a reduced fusion materials testing programme; • the use and limitations of presently available possible irradiation sources to optimise a fusion neutron testing program including fission-neutron irradiation of isotopically and chemically tailored steels, ion damage by high-energy helium ions and self-ion beams, or irradiation studies with neutron sources of non-fusion spectra; and • the different potential sources of simulated fusion neutron spectra and the choice using stripping reactions from deuterium-beam ions incident on light-element targets.

日本語訳

重水素-三重水素(D-T)核融合反応による14.1MeV中性子による材料損傷は、試験材料の関連する構成を高強度の「核融合中性子スペクトル源」、すなわちD-T核融合中性子スペクトルを密接に模擬するものに供することによってのみ、決定的に特性評価することができる。これは、大規模で高強度のそのような中性子源を有する前に、実証用核融合炉を設計するプログラムに大きな課題を提起する。本論文では、これらの「関連する構成」試験に関連するさまざまな側面について議論する。すなわち、以下の通りである:・材料の認定/検証における一般的な問題点、安全要件と投資保護要件の比較;・核分裂プログラムから得られた教訓、これにより核融合材料試験プログラムの縮小が可能になる;・現在利用可能な照射源の使用と限界、これには同位体的および化学的に調整された鋼の核分裂中性子照射、高エネルギー・ヘリウムイオンおよび自己イオンビームによるイオン損傷、または非核融合スペクトルの中性子源を用いた照射研究が含まれ、核融合中性子試験プログラムを最適化する;および・模擬核融合中性子スペクトルのさまざまな潜在的供給源と、軽元素ターゲットに入射する重水素ビームイオンからのストリッピング反応を用いる選択肢。

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Plasma-facing componentFusion neutron
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