[目的]磁约束核聚变是解决能源问题的有效途径之一。为了实现准稳态运行,超导磁体(特别是高场高温超导磁体)已成为未来托卡马克设计的首选方案。[方法]介绍了EAST的最新实验进展及未来研究计划,并从超导磁体技术方面总结了未来聚变装置C...[目的]磁约束核聚变是解决能源问题的有效途径之一。为了实现准稳态运行,超导磁体(特别是高场高温超导磁体)已成为未来托卡马克设计的首选方案。[方法]介绍了EAST的最新实验进展及未来研究计划,并从超导磁体技术方面总结了未来聚变装置CFETR的最新进展。[结果]2021年底,世界首个全超导托卡马克EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)成功实现1 056 s长脉冲高参数等离子体运行,创造最长运行时间的世界记录。[结论]中国聚变工程试验堆(CFETR, China Fusion Engineering Test Reactor)的设计已经完成,它将填补国际热核聚变实验堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)和示范堆(DEMO)间的空白。展开更多
聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分...聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分析效率。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineerging Test Reactor,CFETR)为对象,开展OpenMC在聚变中子学分析中的应用研究。基于CFETR一维柱壳模型验证OpenMC与MCNP计数结果的一致性。根据等离子体空间分布特点,基于源扩展接口自定义源类和源函数准确描述复杂聚变中子源。利用DAG-OpenMC的CAD几何功能成功建立了CFETR的三维模型,并计算获得了中子壁负载分布、氚增殖率和核热沉积等物理量。结果表明:DAG-OpenMC与MCNP的计算结果具有极好的一致性。在建立复杂的聚变堆工程模型时,基于CAD几何功能极大地提高了建模效率。DAG-OpenMC在聚变中子学应用中关键问题的验证表明了其处理复杂工程结构条件下聚变中子学问题的可行性。展开更多
由于低质量数材料不可接受的高腐蚀率以及氚共沉积的问题,未来聚变堆中更希望使用全钨壁。由于钨在芯部的高辐射冷却率,芯部的钨杂质浓度需要限制在非常低的水平(约10^(-5))。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor...由于低质量数材料不可接受的高腐蚀率以及氚共沉积的问题,未来聚变堆中更希望使用全钨壁。由于钨在芯部的高辐射冷却率,芯部的钨杂质浓度需要限制在非常低的水平(约10^(-5))。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)要求其高功率稳态运行,全钨壁是优先考虑的方案。为了估计全钨壁CFETR的芯部钨杂质浓度,用边界等离子体物理模拟软件SOLPS(Scrape-off Layer Plasma Simulation)对下单零偏滤器位形不同氖气(Ne)辐射杂质注入速率下模拟得到边界等离子体背景,再利用蒙特卡罗杂质输运程序DIVIMP(DIVertor and IMPurity)对钨杂质的输运进行了模拟。当Ne注入速率较低、靶板温度仍然较高时,即使仅考虑靶板为钨材料,芯部钨杂质浓度依然过高。当外靶板峰值温度降低至约10 eV时,钨靶板对芯部钨杂质浓度的贡献降至可接受的水平;但当包含主等离子体室壁的贡献时,芯部钨杂质浓度仍然达到10^(-4)的水平。因此当Ne杂质注入速率较高时,过高的芯部钨杂质浓度主要来源于主等离子体室壁。未来的工作中需要进一步关注钨壁对芯部钨杂质浓度的影响。展开更多
离子回旋加热是用以维持聚变堆实现长脉冲、高功率稳态运行重要的加热手段之一。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的离子回旋加热天线将经由一个上窗口引入,其天线发射前端将占据一个包层的位置。由于...离子回旋加热是用以维持聚变堆实现长脉冲、高功率稳态运行重要的加热手段之一。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的离子回旋加热天线将经由一个上窗口引入,其天线发射前端将占据一个包层的位置。由于天线直接面对等离子体,受高通量中子辐照,因此需要评估天线的辐照损伤;另外,天线内部存在大量空隙,造成中子泄漏,对后部真空室、线圈等部件造成辐照影响,因此需要评估其屏蔽性能,支撑屏蔽设计。基于22.5°扇段的水冷包层CFETR模型,用cosMCNP软件将CAD模型转为中子学模型,使用MCNP5粒子输运程序和FENDL-2.1数据库,通过全局减方差(Global Variance Reduction,GVR)“onthe-fly”减方差方法,开展离子回旋加热天线核分析。计算了天线主要部件辐照损伤和核响应,包括中子通量、平均原子离位(Displacement Per Atom,DPA)、气体产生率和核热密度等,为后续天线冷却系统的设计和寿命评估提供数据;获得引入天线后相应位置的真空室、窗口以及纵场线圈的中子辐照损伤,以评估屏蔽是否满足需求。此外,天线占据包层位置,将导致氚增殖比(Tritium Breeding Ratio,TBR)降低,由原始的1.151降至1.147,降低0.35%。展开更多
文摘[目的]磁约束核聚变是解决能源问题的有效途径之一。为了实现准稳态运行,超导磁体(特别是高场高温超导磁体)已成为未来托卡马克设计的首选方案。[方法]介绍了EAST的最新实验进展及未来研究计划,并从超导磁体技术方面总结了未来聚变装置CFETR的最新进展。[结果]2021年底,世界首个全超导托卡马克EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)成功实现1 056 s长脉冲高参数等离子体运行,创造最长运行时间的世界记录。[结论]中国聚变工程试验堆(CFETR, China Fusion Engineering Test Reactor)的设计已经完成,它将填补国际热核聚变实验堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)和示范堆(DEMO)间的空白。
文摘聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成DAGMC(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分析效率。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineerging Test Reactor,CFETR)为对象,开展OpenMC在聚变中子学分析中的应用研究。基于CFETR一维柱壳模型验证OpenMC与MCNP计数结果的一致性。根据等离子体空间分布特点,基于源扩展接口自定义源类和源函数准确描述复杂聚变中子源。利用DAG-OpenMC的CAD几何功能成功建立了CFETR的三维模型,并计算获得了中子壁负载分布、氚增殖率和核热沉积等物理量。结果表明:DAG-OpenMC与MCNP的计算结果具有极好的一致性。在建立复杂的聚变堆工程模型时,基于CAD几何功能极大地提高了建模效率。DAG-OpenMC在聚变中子学应用中关键问题的验证表明了其处理复杂工程结构条件下聚变中子学问题的可行性。
