性极强。
传统材料在如此高剂量的中子辐照下,会迅速膨胀、脆化,寿命极短。
项目团队利用「星流」工具的微观尺度模拟能力,从原子层面设计新材料,模拟不同元素合金,如钒基合金、碳化硅复合材料等,在中子轰击下的位移损伤、氦气泡形成和氧化。
尝试在钨中加入微量的钛和碳,模拟显示,它可以有效钉扎位错,延缓辐照脆化,这种纳米结构的碳化硅纤维复合材料,在模拟中表现出极佳的抗肿胀和自愈合潜力。
强大的「星流」工具如同一个超高速的材料基因筛选器,以低成本和高效率,在虚拟世界中合成、测试了成千上万种候选材料,快速排除了不合适的选项。
然后将最有希望的几种材料配方和制备工艺,提供给合作的材料研究所进行实物制备和验证。
研发周期从传统的十年以上,缩短到了几个月可以确定数种有突破性前景的候选材料。
第二大挑战是偏滤器排热。
偏滤器是托卡马克的「垃圾桶」,负责排出聚变「灰烬」,也就是氦灰和部分热量,承受着最极端的热负荷。
热流密度超过20mw/m2,任何材料直接暴露都会瞬间汽化,负责热工水力的工程师对此简直感到头皮发麻。
不过「星流」工具的强项再次显现,他们模拟液态金属在强磁场下的流动行为,设计出液态金属自循环冷却偏滤器。
模拟显示,流动的液态金属能有效带走热量,同时其自由表面可以承受粒子的直接轰击。
还优化了传统铜合金水冷偏滤器的内部流道设计,通过复杂的多孔介质和微——
通道结构,将冷却剂的换热效率提升了数倍。
在数字孪生体中,偏滤器成功经受住了持续高功率排热的考验。
第三大挑战便是超导磁体与复杂结构的集成。
cfetr的巨大环向场线圈和极向场线圈采用nbsn等低温超导材料,其电磁设计、应力分析、失超保护是极其复杂的系统工程:
而「星流」的多物理场耦合能力在这里发挥到极致。
它同时计算着电磁场、结构应力场、温度场。
模拟超导线圈在巨大电磁力下的变形,确保不影响等离子体位形;模拟失超时巨大的热量和应力传播,优化保护系统的响应速度和可靠性。
星界动力航天旗下的航电团队也贡献了力量,他们设计了高度集成和冗余的磁体电源控制和失