西安交通大学航天航空学院任文彬团队在《计算机测量与控制》发表论文《水冷包层模块钨表层裂纹的微波无损检测》，该研究针对聚变堆水冷包层模块钨表层易产生热疲劳裂纹的安全隐患，通过数值仿真与试验验证，提出基于Ka波段微波反射法的无损检测方案，实现了裂纹的高精度成像、定位与深度定量评估，为保障聚变堆运行安全提供了关键技术支撑。
聚变堆包层模块是能量转换、辐射屏蔽的核心部件，其第一壁采用钨作为面向等离子体材料。在14.1 MeV高能中子辐照、10MW/m²量级热流负荷等极端工况下，钨表层易产生热疲劳裂纹，严重威胁堆体结构完整性与服役寿命。传统无损检测方法存在诸多局限：目视检测难以识别微米级裂纹，红外热成像需喷涂涂层易污染等离子体环境，涡流检测效率低下，无法满足聚变堆快速检测需求。
为此，任文彬团队开展专项研究，首先通过有限元仿真探究Ka波段微波信号对钨层裂纹的响应特性，发现38~40GHz频段对裂纹的检测灵敏度最高，达0.180，显著优于26.5~28GHz频段。基于仿真结果，团队搭建了由矢量网络分析仪、二维扫描台和同轴探头组成的试验平台，采用38~40GHz频段探头对含不同深度裂纹(0.3~1.0mm)的钨铜片试件进行扫描检测。
针对检测信号中的杂波干扰与浅裂纹识别难题，团队创新采用幅值倒频谱处理与奇异值分解(SVD)杂波抑制方法。幅值倒频谱处理有效提升了浅裂纹成像对比度，使0.3mm浅裂纹清晰可辨;SVD方法通过分离直达波与目标信号，精准定位裂纹中心位置，定位误差不超过0.5mm。同时，团队发现微波时域信号面积与裂纹深度呈显著正相关，基于这一规律建立映射关系，实现了裂纹深度的定量评估，误差控制在2%以内。
该研究的核心创新在于确立了最优检测频段与信号处理方案，解决了传统方法在聚变堆特殊环境下的应用瓶颈。其开发的微波无损检测技术具有非接触、无电离辐射、空间分辨率高的优势，适配水冷包层模块狭窄空间检测需求，可在聚变堆维修窗口期内快速完成大面积检测。这一成果不仅为水冷包层模块裂纹检测提供了高效可行的技术方案，也为核工业、航空航天等领域的精密构件缺陷检测提供了重要参考。
