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适用于等离子组件的定制钨晶格结构
核聚变是一种众所周知的能源，它有可能为人类的未来提供可持续、环保、可调度的高功率密度能源供应解决方案。目前，利用核聚变能最有前途的方法是基于专门设计的环形装置内的磁约束高温等离子体 [1]。对热核磁约束聚变的持续研究推动了当前示范聚变反应堆 (DEMO) 的设计活动，该反应堆预计将作为所谓的托卡马克型反应堆实现 [2]。实现 DEMO 反应堆的一个主要挑战是设计和制造高负荷等离子体面对部件 (PFC)，这些部件必须在聚变运行期间承受强烈的粒子、热量和中子通量 [3]。对于此类 PFC，需要特定的高性能材料才能设计出可靠的部件。对于直接面对聚变等离子体的材料，钨 (W) 目前被认为是未来磁约束热核聚变反应堆的首选等离子体面对材料 (PFM)。这主要是因为 W 表现出较高的溅射阈值能量，以及作为聚变反应燃料的氢同位素的低保留率 [4]。对于 DEMO 反应堆中的 PFC，一个特别关键的方面是瞬态壁面负载，例如，由于托卡马克中的等离子体不稳定性而产生的瞬态壁面负载。此类瞬态事件可能导致 PFC 上出现非常强烈的热负载（数十 GW/m 2，持续时间为几毫秒），进而严重损坏反应堆的包层结构 [5]。为了保护聚变反应堆的壁免受此类事件的影响，目前正在研究特定的限制器 PFC。这些组件预计将阻挡到达反应堆壁的短暂而强烈的热脉冲，以使这些限制器组件后面的包层结构不会热过载或损坏。这种限制性 PFC 的一种可能的材料解决方案是使用定制的多孔 W 材料。利用这种超材料，可以实现将由于结合了多孔性而具有的总体低热导率与 W 的有益等离子体壁相互作用特性相结合的组件。然而，W 是一种难以加工的材料，因为它本质上是一种硬而脆的金属，这意味着加工 W 既费力又昂贵。针对这些限制，增材制造 (AM) 方法代表了一种实现几何复杂的 W 部件的通用方法。AM 工艺的特点是，在计算机控制下通过逐层沉积材料来创建三维物体，这意味着使用这种方法可以直接实现具有高几何复杂性的部件。近年来，利用激光粉末床熔合 (LPBF) 技术对金属进行 AM 加工已取得重大进展，该技术无需粘合剂相即可对多种金属进行直接 AM 加工。在 LPBF 加工过程中，原料粉末材料通过聚焦在粉末床上的激光束选择性地熔化和固结 [6]。封面图片展示了通过 LPBF 制造的具有定制晶格结构的 W 样品的顶视图。目前正在针对如上所述的限制器 PFC 研究此类多孔 W 晶格。图示样品是一种晶格结构，它源自基于十四面体重复（开尔文模型）的参数固体模型。这种模型过去也应用于开孔铝泡沫 [7] 并得到验证。图示 W 晶格的参数
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