聚变α粒子对材料辐照损伤瞬时行为的研究

研究聚变α粒子对第一壁材料辐照损伤随时间的发展与变化，用基于时间序列两体碰撞近似的计算机模拟程序研究数＋ｋｅＶ α粒子对无定形铁材料的辐照损伤，计算了α粒子辐照引起的材料中空位和能量沉积分布及α粒子本身的沉积随时间的演化，还对用时间序列和速度序列两类级联碰撞模拟方法计算的结果作了比较。     

聚变堆第一壁涂层材料

由于使用低Z涂层材料可使传统的结构材料和技术保持不变并能降低等离子体杂质,因而为设计提供了灵活性。低Z涂层可由元素Be,B,C,Al,Ti,V及其化合物中选择。文中介绍了涂层工艺和评价方法。添加约10wt%SiC的热解碳几乎能完全抑制化学溅射。60块C+SiC涂层石墨砖在DoubletⅢ托卡马克的整个照射期间性能令人满意。     

聚变堆第一壁TiC涂层材料研究

本文介绍了第一壁ＴｉＣ涂层材料的化学气相沉积（ＣＶＤ）工艺；研究了涂层工艺条件对涂层微观结构、沉积速率和基体对涂层生长的影响；给出了涂层厚度与涂层工艺条件之间的经验关系式。讨论了ＴｉＣ／石墨、ＴｉＣ／ＭＯ、ＴｉＣ／３１６ＬＳＳ涂层材料的电子束热冲击损伤机理和热疲劳损伤机理，并对ＴｉＣ／石墨、ＴｉＣ／Ｍｏ、ＴｉＣ／３１６ＬＳＳ用做现行Ｔｏｋａｍａｋ第一壁材料的可行性进行了分析。     

CFETR第一壁及赤道面外包层中子辐照损伤初步分析

中国聚变工程实验堆(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)的包层和偏滤器第一壁面向堆芯等离子体,第一壁辐照损伤分析对于托克马克安全运行至关重要。赤道面外包层较其它包层距离堆芯等离子体中心更近,其结构材料承受中子辐照大。因此,进行中子辐照损伤评估十分必要。基于此目的,采用计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)模型和蒙特卡罗中子学建模转换接口Mc CAD完成中子学建模,并用蒙特卡罗方法的粒子输运程序计算第一壁和氦冷固态外包层结构材料辐照损伤。此外,对比了铍和钨作为面向等离子体材料两种情况下第一壁的受损情况。计算结果表明,氦冷固态包层模型下结构材料可以满足CFETR一期的运行要求。     

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。     

聚变堆螺旋流道液态第一壁流动稳定性分析

聚变堆包层第一壁材料所面临高能粒子辐照、电磁辐射、高热负荷、复杂的机械负荷和相应的物理化学腐蚀制约其服役性能和使用寿命,是聚变能发展的瓶颈问题。液态第一壁由于液态工质自身的特点可以承受更高的热负载、中子壁负载以及更高的出口温度,且由于液态工质的不断更新不存在中子辐照损伤问题,在未来聚变堆应用中很具有吸引力。但由于液态金属在聚变堆强磁场作用下流动形成磁流体(Magnetohydrodynamic MHD)效应,维持液态第一壁在复杂的几何结构和苛刻的工作条件的稳定流动性是现有液态壁研究的难点问题。本文针对自由表面液态金属流动时产生的MHD特性,提出了螺旋流道液态壁流动方案,通过在真空室背壁上设置沿磁场方向的螺旋型流道,使流道内液态金属沿磁场运动,进而减少切割磁场产生的MHD效应。并参考典型聚变堆FDS-Ⅱ,建立了外包层三维模型与真实磁场位型,对方案进行MHD分析与优化,分析结果表明该方案可以在真空室表面形成完整、稳定的液态金属包裹,验证了该方案在磁场作用下液态第一壁流动稳定性与初步可行性。     

聚变驱动次临界堆概念设计研究

在深入分析相关领域研究发展状况的基础上,提出一个可实现核废料嬗变、可裂变重金属核燃料和氚核燃料增殖、产能等多种功能的次临界反应堆概念。概念有托卡马克实验装置参数适量外推的等离子体物理和技术水平的聚变堆芯、高压He气/液态LiPb双冷却系统嬗变包层。介绍了系统基本概况和参考结构形式,阐述了系统聚变等离子体物理学、包层中子物理学和包层热工水力学设计的基本原则和主要工程约束限制条件,指出系统相关的安全和潜在环境影响问题,给出典型的参考设计参数。     

一个研究聚变中子辐照损伤的蒙特卡罗程序

文章描述计算机模拟聚变中子辐照损伤的蒙特卡罗程序。该程序适用于含轻，重核素的非晶态复合材料及能量低于１５ＭｅＶ的中子和各种能量的离子。文中给出辐照后靶原子Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ｃ的ＤＰＡ截面，ＰＫＡ能谱和发射角分布的计算结果，并给出作为混合堆第一壁材料的３１６ｓｓ，钨，石墨，碳化硅化移损伤率的气体产生率。     

聚变堆实验包层模块第一壁温度场及热结构分析

铍相对于众多聚变反应堆的第一壁护甲材料,有着许多优点,这些优点使它和钨及碳基材料一起被选作国际热核聚变实验堆（ITER）第一壁的候选防护材料。对中国氦冷固态增殖剂实验包层模块（CHHCSBTBM）第一壁进行多场耦合模拟分析结果表明,使用表面热负荷模拟分析时,未考虑中子负载情况下,模拟分析结果与其它结果有较大出入,故使用表面热负荷模拟分析时必须考虑中子负载情况。而对第一壁热结构分析表明,铍保护板的应力超过了其许用应力,可以寻找其它铍合金或第一壁护甲材料以满足第一壁护甲材料热结构应力要求。     

聚变驱动次临界堆经济性分析

利用自主开发的聚变系统分析软件SYSCODE对聚变驱动次临界堆的经济性进行了计算和分析。首先,对典型的环径比(标准环径比)设计方案,从堆芯几何参数、物理及工程参数等两个方面分析它们与成本的关系,然后,详细分析低、标准、高环径比三套候选设计方案的经济性与中子学参数的关系。研究发现,其经济性主要取决于包层中子学参数,另外,其经济性与几何、物理及工程参数的关系在一定条件下有别于纯聚变系统。     

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层第一壁结构热应力计算与分析

使用有限元程序对聚变次临界堆双冷嬗变包层第一壁进行数值模拟 ,给出不同载荷条件下的温度场和应力场分布 ,结果证明典型氦气系统设计满足热工要求。依据数值模拟结果对第一壁氦气载热能力进行分析 ,并考虑了流道形状对结构热应力的影响。     

Calculation of displacement cross-sections for structural materials in accelerators using PHITS event generator and its applications to radiation damage

The displacement cross-sections, implemented in the particle and heavy ion transport code system (PHITS), have been calculated to estimate the radiation damage in structural materials used at accelerator facilities. The event generator in PHITS was used to calculate displacement cross-sections for 14 elemental targets and two practical alloys irradiated with neutrons at energies from 10^?10 MeV to 3 GeV, and protons and deuterons at energies from several keV to 3 GeV. These displacement cross-sections were used to estimate the displacement per atom (DPA) in the target assembly at accelerator driven system (ADS) Target Test Facility (TEF-T) using 400-MeV protons, and in the Type 316 stainless steel target using 40-MeV deuterons. For the target assembly at TEF-T using 400-MeV protons, the DPA value for the proton component was approximately twice higher than that for the neutron component. For the Type 316 target using 40-MeV deuterons, radiation damage took place near the surface of Type 316 because of the Coulomb scattering effect between the incident deuterons and the material.     

聚变次临界堆双冷嬗变包层第一壁结构和氦气流道优化分析

在聚变次临界堆双冷嬗变包层第一壁结构初步设计基础上 ,对第一壁结构尺寸和氦气流道形状进行优化分析 ,利用有限元分析软件对第一壁结构进行应力数值模拟 ,在满足结构应力及部件可靠性的前提下 ,给出最佳优化方案。     

聚变驱动次临界堆聚变堆芯参数设计与分析

在建立零维堆芯物理模型的基础上,计算了FDS系统三组环径比(低、标准、高)的堆芯物理参数,利用平衡程序和1.5维演化程序对标准环径比情况,进行了等离子体平衡计算和位形演化模拟,结果表明设计方案先进可行。     

On the radiation damage characterization of candidate first wall materials in a fusion reactor using various molten salts

Evaluating radiation damage characteristics of structural materials considered to be used in fusion reactors is very crucial. In fusion reactors, the highest material damage occurs in the first wall because it will be exposed to the highest neutron, gamma ray and charged particle currents produced in the fusion chamber. This damage reduces the lifetime of the first wall material and leads to frequent replacement of this material during the reactor operation period. In order to decrease operational cost of a fusion reactor, lifetime of the first wall material should be extended to reactor’s lifetime. Using a protective flowing liquid wall between the plasma and first wall can decrease the radiation damage on first wall and extend its lifetime to the reactor’s lifetime. In this study, radiation damage characterization of various low activation materials used as first wall material in a magnetic fusion reactor blanket using a liquid wall was made. Various coolants (Flibe, Flibe + 4% mol ThF₄, Flibe + 8% mol ThF₄, Li₂₀Sn₈₀) were used to investigate their effect on the radiation damage of first wall materials. Calculations were carried out by using the code Scale4.3 to solve Boltzmann neutron transport equation. Numerical results brought out that the ferritic steel with Flibe based coolants showed the best performance with respect to radiation damage.     

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层热工水力学参数设计与分析

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层是一个以氦气和液态金属LiPb为冷却剂,以嬗变核废料为主要目的的多功能包层。依据功率平衡模型对不同工况优化的基础上,对该包层热工系统参数进行了设计分析。采用三维商用计算流体力学程序对第一壁和高功率密度区中液态LiPb的流场进行数值模拟计算,给出了优化的典型热工水力参数。     

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层中子学设计与分析

对聚变驱动次临界堆的多功能双冷核废料嬗变包层进行了中子学设计和分析,设计目标是:①氚和钚燃料自持;②较少的初装料得到较高的废料嬗变率。使用的程序是自主开发的多功能中子输运/燃耗/优化程序VisuaIBUs1.0,相应的数据库是175群中子/42群光子的多群数据库HENDL1.0/MG。     

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层结构设计与分析

给出聚变驱动次临界堆液态金属LiPb/He气双冷嬗变包层参考结构概念,采用了低活化铁素体/马氏体RAFM钢(如CLAM)作为结构材料、简单液态金属流道、两个独立氦气冷却系统以及燃料球/颗粒等设计方案。重点分析了嬗变包层第一壁、重金属区与裂变产物嬗变区的结构设计特点。     

An evaluation of activation and radiation damage effects for the European Spallation Source Target

The details concerning the generation and accumulation of radionuclides produced by spallation reactions within the neutron generation target to be installed at the European Spallation Source are described. The resulting radiation damage for the target tungsten blocks constituents as well as the target encasing is evaluated and explicit results are given for the effects of knock-on atoms as well as those resulting from the accumulation of light and volatile hydrogen and helium isotopes resulting from spallation reactions. Their effects on the mechanical properties are discussed on the light of available experimental data and, on this basis, an estimation of the target lifetime is given.