Structural materials for fusion power reactors—the RF R&D activities

Abstract

Recent progress in the RF low activation structural materials R&D road map towards DEMO via the FBR tests (BOR-60, BN-600, BN-800) and the TBM tests in ITER is overviewed. The properties of the RAFMS RUSFER-EK-181 (Fe-12Cr-2W-Ta-V-B-C) and the V-4Ti-4Cr alloys are presented. The next important steps include further studies on the influence of high dose and high-temperature irradiation on the properties of base structural materials and joints. Activation, transmutation and radiation damage of the materials in BN-600 and DEMO-RF (Kurchatov Institute project) neutron spectra are calculated. The results of the application of the internal friction (ultrasonic) non-destructive method to research the DBTT are in good agreement with the results of the destructive impact method. The important influence of boron on the heat resistance of materials and the He concentration level under irradiation are calculated. The new special regimes of the heat treatments of the alloys are suggested to widen the temperature windows of the applications. The results of the BOR-60 examinations of RUSFER-EK-181 (irradiation temperature 320-340 • C and doses up to 15 dpa) are presented. The BN-600 projects for the high dose and high-temperature irradiation tests of manufactured alloys are presented.

First wall material damage induced by fusion-fission neutron environment

“…This model replicates a radial build of the original first wall design of DEMO-FNS [8] in a simplified bulk geometry representation. Other FW materials recommended in [3,4] are also considered for a comparison.…”

“…The structural materials considered are the ITER Grade austenitic steel SS316L(N)-IG, and the Eurofer as a reduced activation ferritic martensitic (RAFM) steel, the V4Cr-4Ti vanadium alloy and a heat-resistant austenitic steel EK-164 [4] which are under development for the future fusion and fission power reactors.…”

“…As shown e.g. in [1][2][3][4] even at low concentration, gas particle can have severe life-limiting consequence for structural component life-time.…”

The Effect of Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Heat-Resistant Ferritic-Martensitic Steel Ek-181

“…%) [ Ферритно-мартенситные хромистые стали применяются после термообработки, состоящей из закал-ки (нормализации) и последующего отпуска [7,8]. Для стали ЭК-181 традиционная термическая обра-ботка (ТТО-I [1][2][3]) представляет собой закалку в воздухе (нормализацию) с последующим отпуском при 720 ºС в течение 3 ч (табл. 2).…”

“…В настоящее время перспективным конструкционным материалом для ядерных и термоядерных ре-акторов является жаропрочная комплексно-легированная 12%-ная хромистая ферритно-мартенситная малоактивируемая (с быстрым спадом активности) сталь ЭК-181 (Fe-12Cr-2W-V-Ta-B-C), раз-рабатываемая в ОАО «ВНИИНМ» [1][2][3]. Основные материаловедческие задачи по улучшению функ-циональных свойств этой стали (жаропрочности, жаростойкости, снижению тенденции к низкотемпе-ратурному охрупчиванию) связаны с возможностью управления гетерофазной структурой этой стали с помощью подбора оптимальных режимов термических и термомеханических обработок.…”