近日，中國科學院合肥物質院等離子體所與合肥工業大學電氣與自動化工程學院合作，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效關系，揭示大功率晶閘管在高能中子輻照下的損傷機理。相關成果發表于核科學與技術領域頂級期刊Nuclear Science and Techniques。
 

　　大功率晶閘管是托卡馬克裝置超導磁體的關鍵保護部件，其受聚變中子輻照損傷所導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-電學特性損傷規律及特征，探索損傷機理對于探索科學高效的大功率晶閘管中子輻照損傷評估和應對策略，提升聚變超導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，研究了微觀下大功率晶閘管晶格缺陷的發生發展過程；基于大功率晶閘管工作機制，分析了其通態、阻態、反向恢復態特性受聚變中子輻照的影響規律；利用材料級、器件級、系統級數值模擬技術和高等效輻照實驗，多維度揭示了大功率晶閘管聚變中子損傷機理，并進一步預估了聚變中子輻照對基于大功率晶閘管的失超保護系統運行可靠性影響，為聚變超導磁體失超安全防護設計提供了重要的理論依據。
 

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

　　相關研究得到了國家重點研發計劃項目、國家“十三五”重大科技基礎設施、中央高校基本業務費項目及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)線性關系 (b)對數關系

 

　　圖2 14.1 MeV中子輻照前后大功率晶閘管通態、阻態、反向恢復態性能參數對比