FEB-E3维中子学屏蔽分析和计算

FEB-E(Fusion Experimental Breeder)是聚变实验增殖堆的工程概要设计。FEB的主要目标是:(1)演示混合堆工程特性和裂变燃:抖和氚的增殖性能;(2)试验混合堆关键部件和聚变结构材料。环向场线圈TFC位于真空室及屏蔽层外侧,是FEB-E关键部件之一,其造价约占整个堆的40％。TFC由超导(Nb_3Sn)、绝缘体(聚酰亚胺)、稳定剂(Cu)和结构(316SS)等材料组成。由于TFC的超导、绝热和绝缘等材料易受来自堆芯聚变中子的辐照损伤,从而会严重影响混合堆的经济、稳定及安全运行,因此需要在等离子体堆芯与TFC之间设置一个屏蔽层把TFC所受的辐照损伤和核热沉积严格要求在允许范围以内。     

流动锂液帘对堆芯等离子体影响的评估(英文)

运用零维模型评估了流动液态锂幕帘作为聚变实验增殖堆工程概要设计 (FEB-E) 第一壁对聚变等离子体的影响。得到了锂液帘工作温度对堆芯有效平均等离子体电荷?Zeff?,燃料稀释以及聚变功率之间的关系。表明在正常工作情况下,液态锂的蒸发对?Zeff?的影响不是很严重,但对燃料稀释和聚变功率的影响却较为敏感。作为一个例子,对较高功率密度的反剪切位形聚变实验增殖堆FEB-E设计方案 II,计算了液帘的流速与它表面最大温升的关系,结果表明:即便0.5m/s的低速流动液帘第一壁, 蒸发对聚变等离子体的影响也甚微。     

聚变实验增殖堆氚系统设计研究(英文)

介绍了核工业西南物理研究院聚变实验增殖堆工程概要设计(FEB-E)中的氚系统设计研究。第一部分介绍包层氚增殖区的划分、几何尺寸、装料特征和用蒙特卡罗程序计算得到的液态锂中的氚浓度分布;第二部分描述根据聚变堆氚物理基础构造的氚循环系统,共分成 10 个子系统及它们之间氚的流程图。运用研制的程序SWITRIM 计算了各个子系统中的氚投料量随时间的变化,满功率运行一年后各个子系统中的氚投料量。研究结果表明起动 143 MW 聚变功率 FEB-E 堆所需要的初始氚投料量大约为 319 g。第三部分对不同的运行状态下的氚泄漏问题进行了分析。潜在的氚泄漏危险可能来自于偏滤器系统从等离子体中抽出的气体。得到的结论是提高FEB-E 堆芯等离子体的燃耗份额从而减少氚的通过量对降低氚的泄漏危险是重要的。     

聚变堆第一壁辐照效应研究

本文简要介绍了聚变堆第一壁材料的辐照效应,研究了混合堆设计中CHD、TETB和TCB第一壁材料的辐照损伤问题,给出了原子位移率、嬗变气体产生率和肿胀率等的有关计算结果。预言了在设计条件下混合堆第一壁的辐照寿命。本文的结果可供第一壁材料在比较和选择时参考。     

聚变-裂变混合堆第一壁动态二维热应力计算

由于聚变—裂变混合堆D—T周期性燃烧,使第一壁的温度随时间呈周期性变化,且与壁负荷相应的温度循环范围很大,以至产生严重的热应力。为使第一壁更好冷却,第一壁采用了有肋片的结构,但在第一壁和肋片的连接处温差会加大,这就比一般结构的第一壁造成更大的热应力。鉴于以上两点,计算和研究第一壁热应力,对解决聚变—裂变混合堆工程问题是十分必要的。     

钚-铀循环的聚变-裂变混合堆中第一壁的厚度和杂质对产额的影响

文章通过混合堆包层的中子学計算,定量論述了第一壁的厚度和所含杂置对产额的影响:第一壁的厚度对混合堆产额是一个敏感因素,純度则不很重要。文章提出设计和研制聚变堆第一壁材料的着眼点应在于努力提高材料强度,以求尽量减薄第一壁,面对材料组份和純度則毋须苛求。     

聚变堆第一壁材料的活化特性研究

聚变堆结构材料的活化以及由此产生的环境、辐射安全和放射性废物处置问题是堆的工程可行性关键问题之一,尤其是第一壁材料。本文研究了五种第一壁材料的活化特性,给出了这些材料的放射性、衰变热、BHP值以及WDR、RMR指标的计算结果;同时给出了满足10CFR61规范的各材料的杂质控制指标。本文的结果为聚变堆第一壁材料的选择和研制提供了依据。     

FEB-E氚循环系统计算机模拟

对聚变实验增殖堆工程概要设计(FEB-E)的氚燃料循环构造了一个动态子系统模型,研制了模拟氚燃料循环系统的计算机程序SWITRIMcode。计算了10个子系统中运行一年后的氚投料量和整个堆系统总的氚投料。     

FEB-E三维中子学屏蔽分析和计算

借助蒙特卡罗程序MCNP对FEB-E屏蔽问题进行了分析研究。基于143 MW聚变功率和非均匀中子源抽样,首先计算得到平均中子壁负载0.481 MW/m~2,内侧最大中子壁负载0.864 MW/m~2,外侧最大中子壁负载0.861 MW/m~2。根据对沿环向场线圈方向的内侧区域和偏滤器通道区域的中子学分析和计算,得到了可行的屏蔽层设计。由于空间的严格限制,在内侧屏蔽设计中总共使用了17 cm厚的金属钨。为了更有效防止偏滤器通道区域飞行中子的辐照损伤,在该区域的环向场线圈侧壁额外增加25 cm的屏蔽层。FEB-E设计的环向场线圈的总核热约4.2kW,小于55kW的限制条件。     

聚变堆第一壁用纳米结构ODS钢的发展与前瞻

第一壁结构材料必须满足聚变堆极其严酷的工作环境要求，这是制约聚变堆发展的技术瓶颈之一。近年来发展起来的纳米结构氧化物弥散强化钢的特征性微观结构赋予了该材料优异的抗辐照性能，被视为第一壁结构材料的发展方向。本文简述了国内外第一壁材料的研究与发展概况。     

聚变堆金属材料中子辐照多尺度计算模拟

中子辐照条件下材料结构与性能是中国聚变工程实验堆(CFETR)以及未来聚变反应堆工程设计的重要依据.钨材料是CFETR拟全面使用的壁材料,但中子辐照导致钨硬度升高和韧性大幅下降,严重影响材料的服役性能,进而影响CFETR运行的安全性和稳定性.在目前缺乏聚变中子源进行辐照实验的情况下,开展聚变堆材料中子辐照模拟研究显得愈...     

FEB-E氚泄漏分析

由于氚本身非常昂贵而且氚的泄漏将造成环境污染,因此氚的控制对D-T加料的聚变堆来说是非常重要的问题。通常规定聚变堆环境周围总的氚泄漏率应<3.7×10~(11)Bq·d~(-1)。在聚变实验增殖堆FEB-E设计中采用高压氦气冷却,液态锂作氚增殖剂,因而氚与增殖材料之间具有强的化学亲合力。在正常工作条件下,     

基于积分分析方法对聚变堆启动氚量与所需氚增殖比的评估

托卡马克聚变堆的主要发展方式包括混合堆、纯聚变堆。关于托卡马克聚变堆氚自持的研究,国内外主要采用平均滞留时间方法进行研究,并且针对聚变功率较低的混合堆的氚自持研究较少。本工作采用更符合实际的积分分析方法分析了混合堆、纯聚变堆氚自持的启动氚量、氚增殖比(TBR)要求。研究结果表明：启动氚量、备用氚量与聚变功率具有线性关系,所需TBR与聚变功率呈反比例关系;混合堆聚变功率较低,所需TBR较高,工程实现所需TBR挑战较大,需要通过限制长期氚滞留量以降低所需TBR要求;纯聚变堆聚变功率高,所需TBR较低,工程实现所需TBR挑战较小,但备用氚需求达数十千克,应考虑氚系统的冗余设计或提高氚系统的可靠性、可维护性,以降低备用氚的使用规模;运行因子是聚变堆的一个重要设计指标,在此着重分析了运行因子对所需TBR的影响,并重新定义了一个聚变堆氚自持的关系式,以突出运行因子对氚自持的重要影响。     

基于中国聚变工程试验堆的双功能液态铅锂包层活化分析和废物处理

使用中子输运设计与安全评价软件系统(SuperMC)和聚变评价数据库JEFF3.2,根据中国聚变工程试验堆(CFETR)第一阶段设计要求,对双功能液态铅锂包层中各部件的活化特性进行计算和分析。采用燃耗输运耦合方法计算了聚变堆赤道面内、外包层中各部件放射性活度、衰变余热、剂量率和潜在生物危害随停堆冷却时间的变化,并根据欧洲聚变堆安全和环境评估策略中核废料处理标准,分析了聚变堆退役后氚增殖包层的废料处理问题。分析结果表明:在功率200 MW时正常运行10 a条件下,包层中各部件在经过50 a冷却后均可达到简单回收标准,满足CFETR第一阶段放射性废物处理要求。     

聚变堆氚的环境安全评估

对国家863项目聚变实验增殖堆工程概要设计(FEB-E)进行了氚环境安全问题评估。FEB-E是采用液态锂作为包层氚增殖剂，每个包层模块各区之间用隔板隔开．中间通高压氦气冷却、包层第一壁和偏滤器也用氦气冷却。运用自行研制的SWITRIM程序和Sieverts’定律研究了正常工作状态下和事故状态下可能造成氚的环境污染水平。研究表明．正常工作状态下包层液态锂中的氚分压在10^-6～10^-8pa。造成氚环境污染的主要危险来自氚循环回路中的偏滤器子系统的抽出气体泄漏。因此，提高堆芯等离子体燃耗和真空系统设计性能是重要的。     

CLAM用作超临界水冷包层第一壁结构材料的热与应力性能分析

在聚变堆超临界水冷固态增殖包层第一壁的运行工况下,采用数值方法对采用中国低活化马氏体钢(CLAM)作为结构材料的第一壁进行单向流固耦合分析,为超临界水冷实验包层模块(TBM)的热工设计提供借鉴。分别采用CLAM和F82H作为第一壁结构材料,对比温度场和应力场,并考察不同冷却管道形状(矩形和圆形)、不同冷却管道直径和最小壁厚对第一壁温度场和应力场的影响。结果表明:CLAM的最高温度及最大应力均高于F82H的;采用CLAM作为结构材料时,矩形冷却管道的角域的换热得到了增强,但同时也造成了应力集中,第一壁设计时应综合权衡;增大冷却管道直径和减小最小壁厚均有利于换热。     

第三届国际聚变堆材料会议(ICFRM—3) 将于1987年10月4—8日在卡尔斯鲁(Karlsruhe)召开

会议将讨论当前的和将来的聚变装置中的材料问题。内容包括:有关材料在复杂的聚变堆环境中的行为的新的研究结果,和对聚变堆材料的关键科学技术问题进一步了解的讨论。欢迎下列方面的文章应征:①在当前聚变试验中遇到的材料问题和目前对材料行为的认识;②用作“第一壁”及结构部件,面对等离子体的部件和陶瓷绝热体材料和其主要     

69 马氏体不锈钢辐照效应研究

低活化马氏体钢具有良好的抗辐照肿胀热物理性能，所以最有希望成为实验聚变堆第1壁和包层结构材料，也是正在进行研究设计的聚变堆次临界系统（Fusion Driven Sub—critical System，FDS）的首选结构材料之一。     

聚变堆金属材料中子辐照多尺度计算模拟

中子辐照条件下材料结构与性能是中国聚变工程实验堆(CFETR)以及未来聚变反应堆工程设计的重要依据。钨材料是CFETR拟全面使用的壁材料,但中子辐照导致钨硬度升高和韧性大幅下降,严重影响材料的服役性能,进而影响CFETR运行的安全性和稳定性。在目前缺乏聚变中子源进行辐照实验的情况下,开展聚变堆材料中子辐照模拟研究显得愈发重要和紧迫。在国家磁约束核聚变能发展研究专项的支持下,本文以钨为模型材料,构建金属材料聚变中子辐照模拟平台,解决中子辐照模拟的共性关键技术问题,实现中子级联损伤→辐照微结构→力热性能的多尺度模拟,籍此预测聚变中子辐照条件下材料的行为。     

DEMO堆包层第一壁热工水力优化分析研究

聚变堆包层第一壁是影响包层换热效率与运行安全性最重要的部件,为了研究第DEMO堆包层第一壁的热工水力性能,对第一壁流道内氦气冷却剂的流动及其与结构材料的换热进行了数值模拟研究及优化分析。结果表明,通过增大氦气进口质量流量可以有效地降低第一壁结构材料的最高温度,但是由此带来的压力损失很大,不能作为强化换热的主要途径。此外,增加每组流道的盘绕次数能起到强化换热的效果,目前每组流道盘绕五次的方案是合理的。流道中存在的圆角包层第一壁的流动换热影响不大,但圆角的存在会使第一壁最高温度有一定的升高。铍涂层的导热系数与第一壁最高温度成反相关关系,但是对第一壁流道的对流换热影响不大。结构材料的导热系数的增大能显著降低第一壁结构材料的最高温度。