国际聚变材料辐照设施（IFMIF）是一个旨在全面验证未来能源生产用聚变反应堆材料的先进测试平台。作为一个由加速器驱动的中子源，IFMIF将产生高能的快速中子流，其能量分布与聚变反应堆内预期的中子谱相仿，特别是那些通过氘和锂的核反应产生的中子。
自1994年起，这一项目就作为一个国际科研计划启动，由日本、欧盟、美国和俄罗斯等国家联合开展，并由国际能源署进行协调管理。2007年以后，基于更广泛的合作方针，日本和欧盟在聚变能源研究领域内通过IFMIF/EVEDA项目继续推进，该项目专注于IFMIF的工程验证和设计工作。此外，欧洲研究基础设施战略论坛（ESFRI）发布的《欧洲研究基础设施路线图报告》中也对IFMIF的建设给予了推荐，显示了其在科研领域的重要性和前瞻性。
国际聚变材料辐照设施（IFMIF）目标区域示意图。一对氘子束照射一个小的目标区域，以研究强中子通量（由氘子与锂流相互作用产生）对材料的影响
系统组成
国际聚变材料辐照设施（IFMIF）由五大关键系统构成：加速器设施、锂（Li）靶设施、测试设施、辐照后检查（PIE）设施以及常规设施。整个设施的设计和运作必须遵循国际核设施的相关规定。为了在提供与聚变反应堆第一壁相似的辐照环境的同时，实现中子通量的最大化（1018𝑚−2𝑠−1），特别对加速器中氘离子束的能量（40 MeV）和电流（2 x 125 mA）进行了精确调节。IFMIF的高通量测试模块拥有0.5升的容积，能够容纳大约1000个小型试样，预期在每年运行中达到20 dpa以上的损伤率。
开发的小样本测试技术，目标是对候选材料进行全面的机械特性分析，包括疲劳、断裂韧性、裂纹扩展速率、蠕变和拉伸应力等方面。这些技术不仅有助于科学地理解由聚变中子引起的材料退化现象，还将促进建立一个聚变材料数据库，这个数据库将为设计、许可和未来聚变反应堆的可靠运行提供关键数据支持。
IFMIF对核聚变领域预期的主要贡献包括：
- 为DEMO（演示聚变工程）的工程设计提供关键数据支持。
- 提供定义材料性能极限的相关信息。
- 促进现有材料数据库的完善和验证工作。
- 协助选择或优化不同的替代聚变材料。
- 验证对材料辐射响应的基本理解，包括在工程应用相关的长度尺度和时间尺度上，对辐照效应模型进行基准测试。
- 在ITER（国际热核聚变实验反应堆）测试毯模块测试之前或作为其补充，对测试毯概念和功能材料进行测试。
通过这些贡献，IFMIF将极大地推动核聚变技术的发展，帮助实现聚变能源的商业化和实用化。
工程设计
国际聚变材料辐照设施（IFMIF）的工程设计阶段与项目验证工作同步进行，作为IFMIF工程验证与工程设计活动项目（IFMIF/EVEDA）的首个阶段。2013年6月，IFMIF中级工程设计报告完成，并在同年12月得到项目干系人的认同。该报告为IFMIF的主要系统提供了一个清晰的规划蓝图。
加速器设施（LiPac）
LiPac由两个5兆瓦的连续波氘子加速器构成，它们以特定的重叠角度和稳定的束流分布撞击在液态锂射流上，确保了布拉格峰吸收区在大约20毫米深度处的精确形成。
靶设施
靶设施负责管理约10立方米的锂库存，它不仅形成束流的目标，还承担着与氘子反应生成稳定中子流和连续耗散束流能量的双重任务。流动的锂在接近束流相互作用区域时，通过特别设计的喷嘴形成特定厚度和曲率的射流，以维持液态稳定性。此外，通过精心设计的热交换和杂质控制系统，确保了锂的高纯度和系统的长期稳定性。
测试设施
测试设施旨在提供不同级别的中子通量区域，模拟电厂中材料可能遇到的不同辐照环境。特别是，高通量区域的设计允许在相对较短的时间内实现高剂量的辐照，为材料的快速测试和评估提供了可能。
辐照后设施
辐照后检查设施是IFMIF不可或缺的一部分，它位于主建筑物的扩展区，旨在简化辐照样品的处理流程。该设施不仅能够对辐照后的样品进行详尽的测试，还能在必要时进行金相分析，以深入理解材料在辐照后的微观结构变化。
这些设计和设施的综合体现了IFMIF在材料测试和评估方面的先进性和创新性，为聚变能源技术的发展和应用奠定了坚实的基础。
IFMIF 工程验证活动
为了最小化构建IFMIF的风险，IFMIF/EVEDA项目已经或正在建造关键系统的原型，这些系统面临在建立核聚变相关中子源方面的主要技术挑战。这些挑战是多年来国际合作中确定的，主要包括：1）加速器设施，2）靶设施，以及3）测试设施。
在F4E（Fusion For Energy）的协调下，欧洲实验室CEA、CIEMAT、INFN和SCK•CEN主要设计并建造了一个加速器原型（LIPAc），目前正在JAEA位于Rokkasho的场所进行安装。该原型与IFMIF加速器的设计相同，直到达到其第一个超导加速阶段，具体为9 MeV能量和连续波（CW）电流中的125 mA D+。
在日本六所安装的线性IFMIF加速器原型加速器（LIPAc）的氘子注射器的LEBT图像。
2011年2月，JAEA在大洗厂的锂测试回路（ELTL）投入使用，它整合了IFMIF锂靶设施的所有元素，并辅以在Brasimone的ENEA的Li回路（Lifus6）进行的腐蚀实验。高通量测试模块有两种不同设计，可以容纳低活化铁素体-马氏体钢（RAFM）或SiC，带有装有小试样的胶囊原型。这些原型在SCK•CEN的BR2研究反应堆中进行辐照，并在卡尔斯鲁厄理工学院的冷却氦回路HELOKA中进行测试。蠕变疲劳测试模块也在保罗谢勒研究所进行了全面制造和测试。
这些原型的建造和测试是IFMIF/EVEDA项目工程验证活动的一部分，旨在确保技术的可行性和可靠性，为IFMIF的最终建设奠定坚实的基础。有关正在进行的验证活动的详细特定信息将在相关出版物中提供。
参考链接：
- https://en.wikipedia.org/wiki/International_Fusion_Materials_Irradiation_Facility