Radiation damage study on various first wall materials of a magnetic fusion reactor using heavy metal salt

摘要

One of the major magnetic fusion reactor designs is called APEX that uses a protective flowing liquid wall to attain high neutron wall loads and to eliminate frequent replacement of first wall structures due to radiation damage during reactor operation. A radiation damage study was carried out at first wall structures for different low activation materials, vanadium alloy (V-4Cr-4Ti), ferritic steel (9Cr2VWTa) and SiC_f/SiC composite in APEX fusion reactor using heavy metal molten salt consisting of Flibe + 10 %UF_4. Neutronic calculations were carried out with the help of the code Scale4.3 by solving Boltz-mann neutron transport equation. Numerical results pointed out that ferritic steel showed the best performance among the investigated materials with respect to radiation damage behavior.%APEX ist eine der wichtigsten Bauformen eines magnetischen Fusionsreaktors, bei der eine flüssige Schutzwand verwendet wird, um hohe Neutronenbelastungen zu erreichen und den häufigen Austausch der Strukturen der inneren Wand aufgrund von Strahlungsschäden während des Reaktorbetriebs zu vermeiden. Strahlungsschäden an den Strukturen der inneren Wand wurden untersucht für verschiedene Materialien mit niedriger Neutronenaktivierung, eine Vanadiumlegierung (V-4Cr-4Ti), ferritischer Stahl (9Cr2VWTa) und ein SiC_f/SiC Faserverbundwerkstoff eines APEX Fusionsreaktors mit Hilfe geschmolzener Salze schwerer Metalle, bestehend aus Flibe + 10 % UF_4. Neutronenphysikalische Berechnungen wurden mit Hilfe des Codes Scale 4.3 durch Lösung der Boltzmann-Neutron-transportgleichung durchgeführt. Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass ferritischer Stahl in Bezug auf das Verhalten gegenüber Strahlungsschäden die besten Leistungsmerkmale der untersuchten Materialien besitzt.