ITER中国液态锂铅实验包层模块氚渗透分析

对ITER中国液态锂铅实验包层模块的氚渗透途径进行了初步分析,并建立了氚渗透模型;在确保环境安全的前提下,通过计算LiPb中的氚分压分析了氚渗透量及氚总量的分配情况;在此基础上通过改变进入氚提取系统中LiPb比例(F)和涂层氚渗透减少因子(TPRF)对氚提取及渗透的影响做了灵敏性分析.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块设计研究与实验策略

在广泛调研和深入分析国际聚变堆包层发展状况的基础上,根据液态锂铅包层一般特点和中国发展的系列液态锂铅包层概念设计,提出了一个具有演示氦气单冷却剂和氦气/锂铅双冷却剂包层技术的双功能包层模块实验系统方案,对其性能进行了分析研究,作为中国向ITER实验包层工作组(TBWG)提交的液态包层实验模块最终设计描述文件的内容框架。总结了该工作主要内容,包括基本设计思想和方案描述、性能分析概况、对辅助系统的要求和实验策略与关键技术等。     

中国双功能铅锂实验包层系统In-box LOCA事故瞬态压力传播特征分析

中国双功能铅锂实验包层系统(CN DFLL TBS)发生氦气—铅锂流道间破口(In-box LOCA)事故时,8 MPa高压氦气喷向低压铅锂增殖区,高压以压力波形式从包层模块(TBM)的铅锂增殖区传播到铅锂辅助系统(LLAS),造成系统超压,威胁包层安全。本文采用RELAP5/MOD4.0软件对DFLL包层系统进行建模,开展了破口事故下的系统瞬态压力传播分析,对破口位置、面积、爆破阀起爆压力等重要参数进行敏感性分析。分析表明:不同位置破口事故下,包层压力入口最高可达16.68 MPa,包层出口处最高可达13.92 MPa;单根与10根传热管破裂事故,包层出入口压力分别增加0.97 MPa、1.68 MPa;为降低包层内部的压力峰值,可在包层模块进出口管道设置体积不小于1.2×10~(-2) m~3稳压装置。通过将铅锂辅助系统的关键部件布置在稳压装置附近,可有效保护其不超出其压力限值。     

ITER中国液态锂铅实验包层模块氚提取系统设计

ITER中国液态锂铅实验包层模块氚提取系统(TES)是通过含0.1%H2的低压氦吹洗气流,在鼓泡器中将液态锂铅内产生的氚交换和载带出来,进入同位素分离系统连接进行氚提取.给出了该系统总体参数、工艺流程、辅助设施等设计.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块液态金属流动MHD效应数值模拟

为研究国际热核聚变实验堆(ITER)的中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)中液态金属磁流体动力学(MHD)效应,对在强磁场环境下磁流体动力学效应对液态金属LiPb流动和传热的影响进行数值模拟和分析.主要包括三部分:(1) 建立模拟液态金属磁流体的磁感应方程数学模型和程序简介;(2) 对液态LiPb MHD流体在全模块内流动的数值模拟,给出了速度场和压力场分布,重点考察和分析局部的流动特点和对传热的影响;(3) LiPb在进口供给联箱内的流场的数值模拟,对供给联箱的分流作用给出了初步的估算和评价.     

双功能液态锂铅包层氚增殖性能分析

双功能液态锂铅(DFLL)包层作为一种高性能的产氚包层,是中国聚变工程实验堆(CFETR)的候选包层之一。氚增殖比(TBR)是产氚包层核心设计参数之一,是评估聚变堆氚自持性能的重要指标,有必要对其进行详细分析。本文介绍了DFLL包层氚增殖性能数值分析与实验验证工作。其中数值分析采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC建立了全堆三维中子学模型,计算分析了包层不同位置处的TBR值,并对影响包层氚增殖性能的相关因素,如第一壁材料、钨护甲、包层增殖区厚度、6 Li富集度等进行了敏感性分析及参数优化;实验验证工作利用强流聚变中子源HINEG,开展了DFLL中子学实验模块不同位置产氚率(TPR)测量。研究结果显示,经过优化的DFLL包层TBR设计参数可达到1.208,满足CFETR第一阶段的氚自持要求;实验结果与理论计算结果的最大偏差为8%以内符合,实验结果的测量不确定度在2σ内优于9.8%。     

基于RELAP5的CFETR氦冷陶瓷增殖包层模块热工安全分析

本文对中国聚变工程实验堆(CFETR)氦冷陶瓷增殖(HCCB)包层进行热工安全分析。采用大型反应堆瞬态分析程序RELAP5对HCCB包层建模,并进行稳态分析和假设事故的模拟。计算结果表明,CFETR HCCB包层在真空室内氦气泄漏和增殖区盒内氦气泄漏事故中均未出现结构材料熔化,同时各部分的压强变化情况均未超出设计阈值,包层系统在事故发生后均能有效快速地排出余热。CFETR HCCB包层的设计满足热工安全方面的要求。     

中国液态锂铅包层材料研究进展

液态锂铅包层是国际上普遍关注和最有发展潜力的聚变堆包层概念设计之一,而包层材料是液态锂铅包层的核心问题之一.目前,液态锂铅包层普遍选用低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)作为结构材料,液态锂铅作为中子倍增剂及氚增殖剂.另外,部分设计采用了耐高温、电绝缘流道插件作为功能材料,以降低磁流体动力学效应及提高冷却剂出口温度(高于700℃).为适应液态包层的发展需求,中国科学院等离子体物理研究所FDS团队联合国内外相关研究单位,进行了具有中国自主知识产权的中国低活化马氏体钢(CLAM钢)及液态锂铅包层功能材料研发,并开展了锂铅热对流及强迫对流回路的设计、研制及腐蚀实验研究,以研究液态金属锂铅的流动特性及其与结构和功能材料的相容性.同时建立了聚变堆材料数据库平台,为促进中国聚变堆液态包层及材料技术的研究和发展提供数据支持.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块中子学分析

基于ITER装置全模型,借助于MCNP自动建模程序MCAM,将TBM模块插入该模型的赤道窗口,使用MCNP/4C和FENDL1.0数据库,对DLL和SLL两个典型子模块设计进行三维中子学计算和分析,给出TBM模块核热功率密度分布以及氚增殖能力.     

ITER双功能液态锂铅实验包层系统故障模式影响分析

实验包层模块允许放置在ITER中实验的前提是其对ITER的安全以及对工作人员和环境不构成显著影响。ITER要求各参与方的实验包层模块在实验前必须提交安全分析报告,进而获取安全许可证。在中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计基础上,采用了故障模式影响分析(FMEA)方法对DFLL-TBM进行了安全评估与分析,得到所有可能导致严重后果的假设始发事件,验证了确定论安全分析所选择的三个参考事件可以包络所有的假设始发事件。     

Thermal-Hydraulic System Study of the Helium Cooled Pebble Bed （HCPB） Test Blanket Module （TBM） for ITER Using System Code RELAP5

The HCPB concept has been a European DEMO reference concept for nearly one decade. Detailed thermal-hydraulic study on the control behavior of the whole system is one of the important parts of this development. The thermal-hydraulic effect of the TBM-combined cooling circuit during a cyclic operation in ITER has been studied using the system code RELAP5. The RELAP5 is based on an one-dimensional, transient two-fluid model for the flow of a two-phase steam-water mixture that can contain noncondensable components like Helium. The RELAP5-models are modified to take the cyclic operation of the circulator, heat exchanger, bypass, valves etc in to account. A sequence of operational phases is investigated, starting from the cold state through the heating phase that brings the system to a stand-by condition, followed by typical power cycles applied in ITER. The results show that the implemented control mechanisms keep the inlet temperature to the TBM and the total mass flow rate at the required values through all phases.     

The TFTR Lithium Blanket Module program

The Lithium Blanket Module (LBM) is an approximately 80×80×80 cm cubic module, representative of a helium-cooled lithium oxide fusion reactor blanket module, that will be installed on the TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) in late 1986. The principal objective of the LBM Program is to perform a series of neutron transport and tritium-breeding measurements throughout the LBM when it is exposed to the TFTR toroidal fusion neutron source, and to compare these data with the predictions of Monte Carlo (MCNP) neutronics codes. The LBM consists of 920 2.5-cm diameter breeder rods constructed of lithium oxide (Li₂O) pellets housed in thin-walled stainless steel tubes. Procedures for mass-producing 25,000 Li₂O pellets with satisfactory reproducibility were developed using purified Li₂O powder, and fabrication of all the breeder rods was completed in early 1985. Tritium assay methods were investigated experimentally using both small lithium metal samples and LBM-type pellets. This work demonstrated that the thermal extraction method will be satisfactory for accurate evaluation of the minute concentrations of tritium expected in the LBM pellets (0.1–1 nCi/g).     

聚变实验堆ITER实验包层瞬态热工安全分析

在中国向ITER(International Thermonuclear Experiment Reactor)实验包层工作组提交的双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计分析的基础上,通过对DFLL-TBM系统相关的瞬态事故如真空室内部冷却剂泄漏、TBM(实验包层模块)内部冷却剂泄漏以及真空室外部冷却剂泄漏事故进行计算分析,评价DFLL-TBM对ITER在热工方面对安全的影响.结果表明:当发生瞬态事故时,DFLL-TBM有能力通过热辐射将余热排出,且包层结构不会熔化.DFLL-TBM可满足ITER在热工方面对安全的要求.     

基于RELAP5的三环路非能动反应堆典型LOCA分析

为进一步提高反应堆经济性,发展大功率反应堆成为一个重要趋势。我国引进的AP1000非能动反应堆技术为两环路设计,本文通过增加一个环路,并考虑堆芯、安全设施的相应变更,给出了一种三环路大功率非能动反应堆初步方案,并应用RELAP5系统程序建立了相应计算模型,开展了稳态满功率工况及典型LOCA序列的计算。本文给出了典型事故下的事故序列与动态响应曲线,初步说明了三环路非能动反应堆的可行性。     

Safety Analysis of ITER Test Blanket Module for Water Cooled Blanket with Pebble Bed Breeder

Performance test of test blanket modules in the fusion environment using the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) is one of the most important mile-stone for the development of the breeding blanket of the fusion power plant. In the design of test blanket modules in the ITER, it is very important to show that test modules do not cause additional safety concern to the ITER. This work has been performed for the evaluation of the preliminary safety of the test blanket module of a water cooled solid blanket, which is the primary candidate of the breeding blanket in Japan currently. Major issues of the evaluation were, establishment of post-accident cooling in the test blanket module, hydrogen gas generation by Be/steam reaction, and pressure increase and spilled water amount by the event of coolant leakage. The analyses results showed that, suppression tank system is necessary to accommodate the over-pressure by the coolant water after pipe break in the box of the test module. Coolant water pipe break of the first wall of the test blanket module will result relatively small impact to the ITER safety because of the small inventory of the coolant water of the test module and large volume of the vacuum vessel of the ITER. However, it was clarified that the water cooled blanket with beryllium pebble as the multiplier will have the potential hazard of the hydrogen formation. Further investigation to maintain the safety on this aspect is required.     

基于修改后RELAP5/MOD3.2的氟盐高温堆实验回路分析

大型热工流体整体效应系统实验(CIET)台架是为模拟氟盐冷却高温堆(FHR)热工水力响应而设计的实验回路,采用DOWTHERM A模拟氟盐作为冷却剂。通过在RELAP5/MOD3.2程序中加入DOWTHERM A物性参数以及传热关系式,计算FHR实验回路CIET在两种工况下的热工水力行为,并与实验结果进行对比,计算工况包括强迫循环条件与自然循环条件。计算结果表明:在强迫循环条件下,堆芯热量主要靠盘管式空气换热器(CTAH)排出,堆芯进出口冷却剂温度及CTAH出口冷却剂温度与实验值符合良好,CTAH进口冷却剂温度与实验值有些微偏差;在自然循环工况中,堆芯热量主要通过DHX与堆芯辅助冷却系统(DRACS)回路的换热带走,DHX及DRACS的流量与实验值接近,相对误差在10%左右,验证了修正后RELAP5/MOD3.2的正确性。     

用OECD/NEA堆芯瞬态基准题验证RELAP5-TDNK程序系统

利用经济发展与合作组织核能机构(OECD/NEA)压水堆堆芯弹棒瞬态基准题对RELAP5-TDNK进行了验证.使用RELAP5-TDNK建立了弹棒基准题模型,分析了两种弹棒问题,对程序的数据交换能力、耦合方法和瞬态事故分析能力进行了检验.与国际上多种程序进行比较,结果表明:RELAP5-TDNK程序模拟结果较好,能够分析事故或瞬态过程中堆芯内局部功率和热工参数的相互作用,具有分析强反馈现象的能力.     

RELAP5与CFX程序耦合研究

以RELAP5与CFX程序为基础,利用并行虚拟机技术和CFX用户函数进行编程,开发了RELAP5/CFX耦合程序。在单相范围内,首先利用水平圆管喷放问题验证了程序间耦合的正确性。然后,针对双T型接管混合实验进行了模拟,相对于单独的RELAP5程序,耦合程序能更好地揭示真实的物理现象。通过后续的开发完善,耦合程序可用于反应堆安全分析中存在着显著三维混合现象的问题。     

用RELAP5分析RD-14装置的破口实验

用RELAP5 /MOD3 .2程序模拟了在RD 1 4实验装置上进行的两个CANDU反应堆临界破口实验。对破口出现以后 ,冷却剂系统压力、堆芯压降和元件包壳温度的变化趋势进行了研究 ,计算结果和实验数据符合较好 ,表明用RELAP5程序模拟CANDU反应堆在LOCA事故后系统瞬变是可行的