核聚变装置内部是人类所能创造的最极端环境之一。以国际热核聚变实验堆（ITER）为例，其等离子体中心温度高达1.5亿摄氏度，超过太阳核心温度的十倍。此外，高通量的中子辐照（14.1 MeV）会像微观炮弹般持续轰击材料，导致其肿胀、脆化、活化；而氢、氦等粒子轰击则会引发起泡、剥层等表面损伤。传统金属面对此等考验已近极限。
金刚石集多种极端优异性能于一身：首先，室温下热导率高达2000-2200 W/(m·K)，是铜的5倍，能在极短时间内将局部巨大热负荷扩散，避免熔毁。从室温到500°C，其热导率下降缓慢，远超其他材料。同时，它耐高温（在惰性气氛中可稳定至1400°C以上），热膨胀系数极低，热应力小。
其次，拥有卓越的力学与抗辐照性能。作为最硬物质，其耐磨性无与伦比。更关键的是，其强共价键结构对中子辐照有独特响应：尽管高剂量辐照也会产生缺陷，但部分损伤在一定温度下（>500°C）可发生“退火”自修复。研究表明，经过特定剂量中子辐照后，某些金刚石样品甚至能保持优于钨的抗侵蚀能力。
第三，具备优异的光学与电学特性。从远红外到紫外，宽达225 nm至远红外的极宽透光波段，使其成为等离子体诊断中激光窗口、微波窗口、光谱窗口的理想材料。其优异的绝缘性和高速电荷载流子迁移率，也使其成为聚变中子探测器（如金刚石中子探头）的首选材料之一。
第四，最后，低活化与低滞留特性。金刚石（碳元素）在聚变中子辐照下产生的放射性同位素半衰期相对较短，符合聚变堆“低活化”要求，有利于废料处理和远程维护。其对氘氚燃料的滞留也远低于金属材料，有利于燃料循环。
目前，金刚石已在多个聚变研究前沿发挥关键作用
在高功率毫米波传输窗口方面，这是当前最成熟且至关重要的应用。聚变装置如ITER使用兆瓦级毫米波（如170GHz）进行等离子体加热和电流驱动。传统窗口材料面临热应力破裂风险。这确保了加热波高效、可靠地注入等离子体，是聚变堆持续运行的生命线。
在等离子体诊断窗口与镜片领域，用于观测等离子体核心温度分布的“汤姆逊散射诊断”系统中，高功率激光进出真空室需要极耐高温、抗污染且透光性极佳的窗口。金刚石窗口完美胜任，保障了诊断的精度与可靠性。此外，聚变堆面向等离子体的第一镜也可能采用抛光金刚石，因其抗侵蚀能力能保持镜面光洁，确保长期诊断准确性。
在高性能聚变中子探测上，金刚石探测器响应速度快、抗辐照、耐高温，且对γ射线不敏感，能实时精确测量聚变中子通量、能谱和时空分布，是监测聚变反应率、理解燃烧等离子体物理的关键“眼睛”。针对局部极高热负荷区域（如偏滤器靶板），金刚石复合材料或涂层是极具潜力的解决方案。金刚石以其高强度、高导热和从紫外到红外的宽透光性，成为不二之选，承受了极高的激光通量，保障了内爆对称性。
从宏观视角看，金刚石在核聚变中的应用，是人类利用极端材料驾驭极端能源的典范。它不仅是工程问题的解决方案，更可能催生新的聚变堆设计理念，例如，基于金刚石窗口和高导热装甲的更高功率密度、更紧凑的聚变装置。
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