在线产氚辐照装置物理参数模拟

在线产氚回路对我国氚增殖模块(TBM)增殖剂候选材料的考核、氚增殖剂材料的在线释放规律研究具有重要意义,辐照装置是在线产氚回路的关键部件。本工作采用MCNP程序模拟在线产氚辐照装置在堆内辐照时的物理参数,计算结果如下:自屏因子为0.430,等效反应截面为1.09×10-22 cm2,每日产量为2.8×1010 Bq,总发热功率为8.2kW。模拟计算结果为该装置的设计提供了必需的数据支持。

CITP-Ⅱ产氚辐照装置的热工研究

CITP-Ⅱ在线产氚辐照装置是CITP-Ⅱ的核心部件,是研究增殖剂材料产氚及释氚试验的关键设备。对产氚辐照装置的增殖剂发热率、热点、温度分布梯度、极限温度、不均匀因子以及CITP-Ⅱ在线产氚辐照装置间隙气体及载气的成份、压力对增殖剂平衡温度的影响等进行研究,得到关键的热工参数及变化规律。

产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算

根据第一壁后聚变中子通量和能谱的空间分布和 ITER 可能输出的聚变功率、聚变中子产额、第一壁(产氚包层)之后的中子通量的蒙塔-卡罗中子输运(MCNP)计算,对氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)的聚变中子诊断提出概念性设计,本设计提出用固定位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。

CITP-Ⅱ产氚辐照装置的设计研究

在线产氚辐照装置是CITP-Ⅱ的核心部件,是研究增殖剂材料产氚及释氚试验的关键设备。本文介绍了CITP-Ⅱ产氚辐照装置的基本结构,实现了增殖剂材料的在线换料;对装置的产氚量、自屏因子、中子注量率等物理参数进行了计算;对装置的固气两相流进行了研究,估算了装置的流场特性;对增殖剂发热率、热点、温度分布梯度、极限温度、不均匀因子等热工参数进行了分析;设计了非线性的电加热器,对增殖剂的不均匀发热进行了补偿;阐述了间气及载气的成份压力对平衡温度的影响等;确定了装置的运行参数。本研究得到的关键参数及变化规律,为CITP-Ⅱ在线产氚辐照装置的结构优化及安全分析提供了依据,也可为增殖剂材料的产氚、释氚试验研究提供借鉴。

中国氦冷固态试验增殖模块(CH HCSB BT-TBM)产氚优化

借助一维中子输运计算程序ONEDANT对ITER实验包层模块(TBM)设计的产氚问题进行了计算分析与优化设计,基于初始的模块结构设计,首先计算出不同材料区的产氚增值比和能量密度分布,改变不同材料区的氚增值材料后,进行中子学计算和分析,最后得到最佳的氚增殖材料分布和产氚分布等参数。

聚变堆氦冷固态包层结构和^6Li富集度对产氚率的影响

在聚变堆固态包层基本参数基础上，建立简化20°模型，包层分第1壁装甲、第1壁冷却板、氚增殖区和支撑结构。分别选择Li4SiO4和Li2O做增殖材料，应用MCNP程序，研究第1壁结构布置和。Li富集度对产氚率的影响。结果表明：^6Li富集度适宜选择在30％～80％之间；第1壁选择Be装甲可提高产氚率；冷却管板的厚度应取3cm以下，以避免对产氚造成不利的影响。

球环型产氚聚变堆中子学分析

对球环型产氚聚变堆概念设计中的中子学设计进行了计算分析。此设计利用了球形环的先进等离子体物理性能和紧凑的结构特征,并尽量利用真空室内的空间安置氚生产包层以减少氚泄漏而提高氚增殖率,达到年产氚量1kg的目标。2D中子学计算得到的氚增殖率高于1 68的设计是其它类似设计没有达到的,进一步体现出球环型产氚聚变堆的先进性。

ITER产氚试验包层模块中子诊断系统的初步设计

给出了氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)聚变中子诊断的初步设计,提出了用固定或可移动位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。此诊断系统可用于中子倍增器的倍增效率,氚增殖层的增殖率与热核实验聚变堆的运行参数、加热和加料方式、磁流体不稳定性、能量约束以及大破裂等离子体参数和状态之间的工程和物理相关关系的实验研究,测量倍增层、氚增殖包层及其后进入屏蔽层的中子通量和能谱,并与MCNP计算相比较,优化和改进中子倍增器、氚增殖包层以及屏蔽层设计,提高氚增殖率。

陶瓷球床组件堆内辐照在线产氚物理计算分析

对陶瓷球床组件的堆内辐照情况进行物理计算分析有助于改进辐照装置的设计,完善辐照方案。按照堆内辐照陶瓷球床组件的实验技术要求,采用MCNP程序对陶瓷球床组件在不同孔道内的辐照情况进行了产氚量、产氚速率、发热量等计算。计算结果表明:采用天然丰度6 Li的陶瓷球床组件在考验孔道内以半功率辐照能满足实验技术要求;如要采用满功率辐照,则需将组件中心位置提升至活性区中平面以上23cm处。

在线产氚辐照装置的研制

在线产氚辐照装置是我国第一条混合堆产氚演示回路的主要组成部分．本文阐述了该装置的设计原理、结构和指标，给出了包括产氚、传热、应力在内的设计计算和研制辐照装置的关键技术．随堆运行和现场释氚实验表明：本装置的热工性能和核性能良好，氚增殖剂温度的调控范围为２５０～７００℃，氚增殖剂径向温差小于７０℃，辐照装置的热中子产氚效率为０．１８３×１０－７Ｂｑｃｍ－２。

超声显微检测方法对产氚包层焊缝的适用性研究

针对产氚包层中盖板流道封焊的结构设计与特点,开展了超声显微检测方法研究,确定了超声显微检测参数及该方法的适用性问题。以盖板流道封焊为研究对象,选择JSR DPR500超声显微检测系统进行检测参数研究,分析了超声显微检测中探头参数及声束聚焦的特点;采用不同参数探头及水层厚度,提高了检测灵敏度,并解决了盖板流道封焊中小缺陷不易检出的难题。

CFETR水冷陶瓷包层时间相关产氚特性初步分析

水冷陶瓷包层是中国聚变工程实验堆(CFETR)的三种候选包层概念之一。基于CFETR水冷陶瓷包层的一维中子学模型,通过蒙特卡罗输运模拟程序MCNP和活化计算程序FISPACT的耦合计算,经三维转换系数修正,分析了CFETR水冷陶瓷包层时间相关产氚特性。结果表明,当CFETR运行因子为0.5,聚变功率为200MW时,水冷陶瓷包层在运行5年、10年、20年后,氚增殖率(TBR)的降低都不显著,但是年产氚剩余量的降低很明显。此外,产氚包层内初始时刻TBR对产氚特性的影响也很大。

加速器驱动次临界产氚反应堆ADS-T中子学初步设计与分析

本文针对兼顾嬗变和产氚的铅合金冷却加速器驱动次临界反应堆ADS-T(ADS-Tritium),采用自主研发的大型集成多功能中子学计算与分析软件系统VisualBUS4.2和混合评价核数据库HENDL3.0,对散裂中子能量、产氚材料中6 Li丰度、结构钢材料、初始keff、中子能谱以及产氚组件摆放方式等产氚条件进行了敏感性分析。最后本文给出了年产氚千克级的ADS-T中子学初步方案,提供了一种有吸引力的氚生产途径。

商业核电站产氚概念设计及安全影响评价

氚是聚变堆的关键核燃料,国内现有产氚能力不满足聚变能工程应用的需求,利用商业核电站产氚,具有成本低和有利于军控核查等优点。本文针对国内商业核电站反应堆特点,开展了轻水堆产氚方案设计和初步安全评价研究,提出了产氚靶棒的概念方案和核电站堆芯首装料方案,评估了产氚靶棒装载对核电站堆芯反应性、功率分布和慢化剂温度系数的安全影响,探讨了利用国内现有轻水堆核电站进行产氚的可能。

CFETR水冷陶瓷增殖剂包层模块产氚率实验验证

水冷陶瓷增殖剂(WCCB)包层作为中国聚变工程试验堆(CFETR)候选包层之一,承担着氚增殖、核热提取、屏蔽等重要涉核功能,其中子学设计的可靠性直接影响CFETR氚自持目标的实现。为验证中子学设计工具,即MCNP和FNEDL3.0数据库,在WCCB包层中子学设计中的可靠性,基于研制出的WCCB包层模块,在DT中子环境下开展中子学实验,对以产氚率(TPR)为代表的中子学参数进行了模拟值(C)和实验值(E)对比分析。结果表明,模块中轴线位置处TPR的C/E为0.97~1.08,而模块边缘位置处TPR的C/E为0.65~0.82;模块钛酸锂层边缘区^(197)Au(n,γ)198 Au反应率的C/E为0.72~0.90,表明模块边缘区存在非期望的散射中子,导致该区TPR模拟值和实验值偏离较大。

海南昌江核电厂产氚的理论探究

氚的用途广泛,作用巨大,尤其在军用方面,贡献突出,通过反应堆产氚在世界上已是比较成熟的方式,已大规模应用,而对昌江核电厂产氚的可行性理论探究,可为昌江核电厂今后产氚提供理论依据,通过收集资料、理论分析等方法,对可行性进行了分析。

2．7 产氚聚变堆概念设计系统研究

氚是氢的一种放射性同位素，其半衰期较短，为12．32y，在地球上氚的自然含量约7kg。氚是核武器的原料，又是聚变反应的燃料，为了满足国防和民用，生产氚势在必行。目前提出的氚生产主要集中在二类装置中进行：核反应堆和加速器。

产氚聚变堆概念设计的研究

人们普遍认为要实现聚变能的商用还需要很长一段时间(至少还要50年左右)，因此，开发和利用聚变能的中间应用显得尤为重要，一方面可以在深度和广度上扩展聚变科学和技术的发展，另一方面由于中间应用产物的出现可以激励对聚变能的研究决心，使决策者加大对聚变能研究的投资力度，扩大聚变能在人们心中的影响，宣传核聚变开发的重要性和必要性。

氦冷却固体增殖剂产氚试验包层的中子通量和能谱测量设计初步

拟采用两套中子通量监测系统，其一是金属活化片中子通量测量系统，其二是微裂变室探测器。此两种方式各有所长，但各有不足，若二者结合，则可使组合优化。

锂陶瓷氚增殖剂的中子辐照性能与产氚行为

D-T聚变堆采用氚增殖剂与中子反应生成氚来保证其燃料的"自持"。Li2O、LiAlO2、Li2ZrO3、Li2TiO3和Li4SiO4等锂陶瓷材料由于具有良好的化学稳定性、机械力学性能和产氚性能等,是聚变堆主要的候选产氚材料,而其在中子辐照环境下的各种性能和行为是氚增殖包层模块设计所关心的重要内容。本文介绍了国际上锂陶瓷产氚增殖剂的辐照实验研究概况,对材料的辐照性能(材料稳定性、热导性、离子电导性和活化性能等)、堆内/堆外产氚行为、影响氚在陶瓷材料中扩散或释放的各种因素以及近来关注较多的辐照缺陷与释氚行为的相互关系等方面进行了归纳、分析和总结,同时针对中国确定的氦冷固态球床包层模块的技术路线,提出了需要广泛而系统地开展锂陶瓷基础研究的建议,指出今后国际上氚增殖剂的研究重点是高燃耗(>10%)和高荷载破坏情况下锂陶瓷材料的辐照产氚性能以及聚变堆氚增殖包层工程条件因素,如磁场、等离子体诱发电流和中子倍增剂等对锂陶瓷小球释氚行为的影响。