近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所與合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院合作，在14.1 MeV高能聚變中子輻照下大功率晶閘管材料、電特性損傷研究方面取得新進展。研究團隊構(gòu)建了高能聚變中子的特性參量與大功率晶閘管晶格缺陷特性、電性能損傷及單粒子燒毀間的量化構(gòu)效關(guān)系，揭示大功率晶閘管在高能中子輻照下的損傷機理。相關(guān)成果發(fā)表于核科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域頂級期刊Nuclear Science and Techniques。
 

　　大功率晶閘管是托卡馬克裝置超導(dǎo)磁體的關(guān)鍵保護部件，其受聚變中子輻照損傷所導(dǎo)致的可靠性退化問題是威脅磁體安全的一大因素。因此，掌握大功率晶閘管在聚變中子輻照下的物理-材料-電學(xué)特性損傷規(guī)律及特征，探索損傷機理對于探索科學(xué)高效的大功率晶閘管中子輻照損傷評估和應(yīng)對策略，提升聚變超導(dǎo)磁體安全性具有重要意義。
 

　　研究團隊從聚變中子特征特性出發(fā)，研究了微觀下大功率晶閘管晶格缺陷的發(fā)生發(fā)展過程；基于大功率晶閘管工作機制，分析了其通態(tài)、阻態(tài)、反向恢復(fù)態(tài)特性受聚變中子輻照的影響規(guī)律；利用材料級、器件級、系統(tǒng)級數(shù)值模擬技術(shù)和高等效輻照實驗，多維度揭示了大功率晶閘管聚變中子損傷機理，并進一步預(yù)估了聚變中子輻照對基于大功率晶閘管的失超保護系統(tǒng)運行可靠性影響，為聚變超導(dǎo)磁體失超安全防護設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)。
 

　　該論文的第一作者為合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院仝瑋博士(講師)，通訊作者為中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院等離子體所的李華副研究員和徐猛博士。
 

　　相關(guān)研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、中央高校基本業(yè)務(wù)費項目及ITER組織的支持。
 

　　圖1 不同輻照缺陷下大功率晶閘管阻斷電壓與電流密度變化曲線 (a)線性關(guān)系 (b)對數(shù)關(guān)系

 

　　圖2 14.1 MeV中子輻照前后大功率晶閘管通態(tài)、阻態(tài)、反向恢復(fù)態(tài)性能參數(shù)對比