磁約束核聚變是利用強磁場這一“磁容器”來約束高溫等離子體，進而將其加熱至上億度以維持連續(xù)的熱核反應。磁約束聚變堆使用的材料種類繁多，涉及大量異質材料焊接。高溫、等離子體束流濺蝕等惡劣服役工況對聚變堆異質材料焊接提出了極其嚴苛的可靠性要求。然而，成分、物化性能差異巨大的異質材料焊接一直是限制其工程化應用的最大瓶頸。
本研究首次完成了中性束注入系統(tǒng)核心部件——負離子源柵板電極試制并實現(xiàn)批量化供貨，解決了純鉬自身以及純鉬與不銹鋼、純鉬與無氧銅等多種材料組合的焊接技術難題；成功研制出負離子源法拉第屏蔽筒，突破了無氧銅大面積擴散焊、多部件精密釬焊組裝、無氧銅/不銹鋼可靠焊接等多項關鍵技術；開發(fā)出菱形鉬管等離子體加速電極超高精密釬焊技術。實現(xiàn)了14根菱形中空鉬管、28個微型金屬波紋管與不銹鋼電極底座的超高精密釬焊 (焊后關鍵尺寸公差±0.02 mm) ，86處釬焊縫無一泄漏 (漏率指標優(yōu)于1×10-10Pa?m3/s) 。
研究過程中提出的異質材料焊接技術思想和工藝為我國磁約束核聚變裝置建設、運行維護提供了強有力的支撐。未來10年，我國將逐步有望建造核聚變電站發(fā)電，本研究成果應用前景廣闊，經濟價值巨大。
圖1 磁約束聚變堆關鍵部件。(A) 法拉第屏蔽筒；(B) 菱形加速電極；(C) 柵板電極。
