聚变堆增殖包层概念特征比较研究

在广泛调研国际上现有的聚变堆包层概念的基础上,对聚变堆包层的发展现状和需要解决的关键问题进行了总结。从工程可行性、氚增殖提取与控制特征、经济性以及安全和环境影响方面对固态和液态氚增殖剂包层进行了比较分析,系统阐述了各种包层概念的优缺点,从现实可行性与发展潜力方面为未来聚变堆包层概念发展提出建议。

ITER实验包层模块初步设计(英文)

中国国际热核聚变实验堆(ITER)氦冷固态氚增殖剂实验包层模块(CHITER HC-SB TBM)设计已经完成。给出了HC-SB TBM的总体设计、性能分析和相关辅助系统的设计。HC-SB TBM氚增殖区的设计采用BOT概念,锂陶瓷做氚增殖剂,氦气做冷却剂和载氚介质,铁素体马氏体钢做结构材料,铍做中子倍增材料。设计和分析结果表明,所提出的设计具有高氚增殖率、结构简单和工程上可行的特点。

ITER试验包层模块的中子学分析与设计

ITER试验包层模块(TBM)的中子学的设计和计算结果为TBM的其它大多数系统设计提供重要的数据依据。本文首先应用TRANSX程序完成基于FENDL2.0新库制作,以及中子输运程序和数据库的基准检验;然后应用二维中子输运程序TWODANT,计算和分析了中国氦冷Li4SiO4固体氚增殖剂的试验包层模块的功率密度分布、增殖区产氚特性、结构材料的中子辐照特性、结构材料和增殖材料的产氢和产氦等特性,并给出一个经合理优化的TBM中子学初步设计结果。

中国HCSB TBM模块的优化与设计进展

简要介绍国际热核实验反应堆(ITER)对于DEMO增殖包层(DEMO-BB)的科学和实验价值、试验包层模块(TBM)的功能目标及总体测试战略,重点介绍和讨论中国氦冷固态TBM模块自2003年到2010年的设计发展进程情况,如总体结构设计进展、中子学优化、热工水力学优化、电磁结构优化等,总结了一些重要的设计经验。

中国ITER固态实验包层模块活化特性计算分析

基于中国ITER氦冷固态实验包层(HCSB-TBM)3×6模块化结构设计,对其活化特性进行了计算分析。利用蒙特卡罗程序MCNP及数据库FENDL/2进行三维中子输运计算,在此基础上,使用欧洲活化分析系统EASY-2007进行了详细的活化计算。结果表明,刚停堆时,测试包层模块(TBM)总活度为1.29×1016Bq,总余热为2.46 kW,且均主要受低活化马氏体钢Eurofer材料控制。活度和余热值均在TBM安全设计范围内,且不会对环境造成显著影响。同时,根据计算的接触剂量率可知,TBM中的活化材料均能采取远程操作实现循环再利用。活化计算结果表明,当前的HCSB-TBM设计从中子活化角度满足ITER安全设计需求。

CFETR氦冷固态增殖剂包层产氚性能研究及优化

氦冷固态增殖剂包层是中国聚变工程实验堆(CFETR)的3种候选包层概念之一。本文基于中国核工业西南物理研究院提出的一种氦冷固态增殖剂包层概念,通过蒙特卡罗输运程序MCNP5建立了包层三维中子学模型,探究了不同几何布置方案及结构设计参数对包层产氚性能的影响,得到了全堆氚增殖比(TBR)及极向各包层模块产氚分布,并由优化后的模型得到了包层模块核热分布。结果表明,优化后的TBR达到1.177,满足氚自持的最低要求。

CFETR氦冷固态包层设计及热工水力学分析

基于中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)提出了一种新型氦冷固态氚增殖包层设计方案。以托卡马克中平面上一块外包层模块为例,系统介绍了该包层概念设计。基于工程流体力学理论,对包层模块内冷却剂的流动特性进行了理论求解。同时采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件CFX,对包层模块流体域和固体域进行耦合传热分析,求解得到冷却剂的流动特性和理论计算难以求解的固体域温度场分布。计算结果表明:理论计算与模拟结果吻合程度良好,冷却剂在包层内总压降为243 k Pa,总温升为194.6°C,运行在合理区间;包层各结构材料在正常运行工况下的温度可以满足材料的最高温度限制要求,为该包层方案的进一步结构优化和安全分析提供参考。

基于压水堆工况下CFETR水冷包层的增殖区破口事故初步分析

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)是一个类ITER的聚变实验堆.基于压水堆工况下的水冷包层是其包层设计的一种.使用RELAP5/MOD3.4对压水堆工况下的CFETR水冷包层做了增殖区破口事故的初步分析,详细描述了其事故进程并对事故结果做了简要分析.根据计算结果,CFETR水冷包层在事故中并没有发生面向等离子体第一壁熔化或氢气产量超过限值的情况.由于安全阀的存在,破口后冷却剂可以进入真空室.这使得包层的整体性得到了保障.此外由于真空室体积巨大,破口后其压力最终值也在安全阈值之下.

固态氚增殖包层中球床堆积性能研究

基于球床堆积实验和离散元数值模拟对包层中球床的堆积性能做了初步研究。圆柱形一元(单尺寸颗粒)球床的堆积性能的结果显示随着球床直径与颗粒直径比的增大,球床的平均堆积因子逐渐增高,实验与模拟结果一致;采用二元颗粒(双尺寸颗粒)、提高颗粒粒度比可以显著提高球床的堆积因子,二元球床的堆积因子随着大颗粒体积分数的增加先增加后减小,在大颗粒体积分数约为60%～80%时达到最大。优化了二元球床的填充工艺,最终二元球床的堆积因子基本达到0.8,但球床的均匀性欠佳。

CFETR固态水冷包层增殖材料对TBR与核热沉积影响的初步分析

中国聚变工程实验堆(CFETR)是正在设计的聚变反应堆。利用蒙特卡罗粒子输运模拟程序MCNP,针对初步设计的以正硅酸锂(Li4SiO4)和钛酸锂(Li2TiO3)为增殖材料的两种固态水冷包层中子学特性进行了计算和分析。通过对不同模型包层氚增殖比、中子壁负载和核热沉积的计算结果的对比分析可知,包层材料和其设计是影响包层中子学性能的主要因素之一。

聚变堆氦冷固态增殖包层中子学分析

聚变堆固态包层框架下,针对初步设计的聚变堆氦冷固态包层进行了中子学分析。选择增殖区的氚增殖剂和中子倍增剂分层分布方案,建立了20°对称D型轮胎环全堆计算模型,对聚变中子源分布离散化处理。借助M on te-C arlo粒子输运程序M CNP对聚变堆包层的氚增殖性能和核热功率进行了计算。结果表明,堆总体氚增殖率达到1.247,核热密度峰值在赤道包层模块,能够实现聚变堆运行的氚自持条件。

ITER中国固态TBM中子倍增剂和氚增殖剂布置优化

在国际热核实验堆(internationalthermonuclearexperimentreactor,ITER)中国氦冷固态实验包层模块(testblanketmodule,TBM)的初步设计的模型基础上,选择不同的中子增殖剂和氚增殖剂体积比,利用粒子输运程序MCNP(MonteCarloN-particletransportcode)对该TBM物理性能进行了研究。根据均匀混和模型的结果,在Be和Li4SiO4的体积比为2至6之间,氚增殖率最大可达1.20。因此,采用Be和Li4SiO4夹层布置,在几何上逼近最优体积比,选择前端Be和Li4SiO4体积比为2时,氚增殖率达到1.158,能够较好地满足聚变运行的氚自持条件。