石墨烯为核聚变装上“不死铠甲”：靶板耐1500℃、氚回收率99.9%

 一、极端环境材料革新

（1）‌偏滤器靶板强化‌

‌石墨烯-碳化硅复合材料‌在托卡马克装置中耐受‌1500℃高温‌，热导率保持率超90%，热负荷承受能力较传统钨铜合金提升40%。

‌石墨烯-钨复合涂层‌使靶板表面温度从2500℃降至1800℃，腐蚀速率降低40%（美国General Fusion公司实测）。

（2）‌抗辐射屏蔽突破‌

单层石墨烯可屏蔽‌1.4%中子辐射‌，氮掺杂处理后耐辐照阈值达‌1.5×10²⁵ n/m²‌（超核聚变装置设计需求10倍）。

石墨烯增强金属基复合材料（如石墨烯-铜）显著提升结构件抗疲劳性能，减少辐射脆化风险。

二、燃料循环系统革命

（1）‌氚燃料高效回收‌

1）石墨烯膜对氘氚同位素的‌筛分系数高达23‌，日本JT-60SA装置应用后氚回收率提升至‌99.9%‌，攻克聚变燃料自持难题。

2）‌多孔石墨烯储氚材料‌在-73℃、1个大气压下储氢量达‌7.7 wt%‌，远超美国能源部5.5 wt%目标。

（2）‌冷却系统升级‌

1）中科院合肥研究院开发的‌石墨烯-液态锂复合冷却系统‌，助力超导磁体在‌1亿℃稳态运行1066秒‌，冷却效率提升35%。

2）石墨烯纳米片添加至液态锂冷却剂中，热导率提升35%，流动阻力减少12%。

 三、诊断与控制系统

（1）‌等离子体精准监测‌

1）嵌入‌石墨烯纳米带的陶瓷基探针‌在德国Wendelstein 7-X装置中实现‌1000℃‌下稳定工作，电信号噪声降低80%。

2）石墨烯电极在强磁场环境（如ITER装置的5.3T磁场）中保持高导电性（10⁶ S/m），实时传输等离子体边界层参数。

（2）‌阻氚涂层突破‌

中科院合肥物质科学研究院研制‌石墨烯/陶瓷复合阻氚涂层‌，解决传统陶瓷涂层易开裂问题，大幅提升聚变堆安全性。

四、未来应用延伸

（1）‌核废料处理‌：曼彻斯特大学团队证实石墨烯膜可高效分离放射性氚，能耗仅为传统工艺10%，有望用于核电站废料净化。

（2）‌激光驱动加速‌：日本大阪大学用超强激光照射石墨烯靶材，实现高能离子加速，为聚变点火提供新路径。

‌专家观点‌：
“石墨烯在核聚变装置中的多角色应用，如同为‘人造太阳’打造了金刚不坏之身。”
——马克斯·普朗克等离子体物理研究所报告

五、产业落地进程