磁约束核聚变是利用强磁场这一“磁容器”来约束高温等离子体，进而将其加热至上亿度以维持连续的热核反应。磁约束聚变堆使用的材料种类繁多，涉及大量异质材料焊接。高温、等离子体束流溅蚀等恶劣服役工况对聚变堆异质材料焊接提出了极其严苛的可靠性要求。然而，成分、物化性能差异巨大的异质材料焊接一直是限制其工程化应用的最大瓶颈。
本研究首次完成了中性束注入系统核心部件——负离子源栅板电极试制并实现批量化供货，解决了纯钼自身以及纯钼与不锈钢、纯钼与无氧铜等多种材料组合的焊接技术难题；成功研制出负离子源法拉第屏蔽筒，突破了无氧铜大面积扩散焊、多部件精密钎焊组装、无氧铜/不锈钢可靠焊接等多项关键技术；开发出菱形钼管等离子体加速电极超高精密钎焊技术。实现了14根菱形中空钼管、28个微型金属波纹管与不锈钢电极底座的超高精密钎焊 (焊后关键尺寸公差±0.02 mm) ，86处钎焊缝无一泄漏 (漏率指标优于1×10-10Pa•m3/s) 。
研究过程中提出的异质材料焊接技术思想和工艺为我国磁约束核聚变装置建设、运行维护提供了强有力的支撑。未来10年，我国将逐步有望建造核聚变电站发电，本研究成果应用前景广阔，经济价值巨大。
图1 磁约束聚变堆关键部件。(A) 法拉第屏蔽筒；(B) 菱形加速电极；(C) 栅板电极。
