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。     

D-~3He聚变堆MOONCITY的放射性及核废物处置问题

研究了D-~3He聚变堆设计MOONCITY的放射性及核废物处置问题。计算了在停堆时刻的放射性,衰变功率,BHP以及核废物处置指标WDR,给出了有关的计算结果和停堆后的衰减曲线。结果表明,MOONCITY的放射性及有关危害比D-T纯聚变堆低1个量级,比裂变堆或聚变一裂变混合堆低60倍左右。     

聚变-裂变混合堆放射性计算

研制了聚变一裂变混合堆放射性计算程序FDKR和配套的衰变链数据库AF—DCDL—IB。应用该程序计算了磁镜混合堆(CHD)概念设计中活化产物、裂变产物和锕系元素的放射性、衰变功率和潜在生物危害因子BHP。本文简要介绍了该程序和数据库并给出了有关的计算结果。     

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。     

聚变堆的废物：与其它能源产生系统的比较

未来的聚变堆在运行和退役期间将产生废物。与裂变废物不同,聚变废物既不含超铀元素,也不含裂变产物。然而,这种废物将含有活化产物和氚。当决定建造装置和选定装置场地时,聚变废物的管理将是一个重要的问题。本文的重点主要是长期的欧洲聚变动力安全和环境评估规划（ＳＥＡＬ）内研究的未来聚变动力堆设计产生的废物。在放射性材料的产生、放射性毒性、废物处理、再循环、净性、中间存储和废物处置方面与其它能量产生系统作了比     

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。     

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。     

水冷聚变堆主回路活化产物源项计算分析

水冷聚变堆中结构材料活化腐蚀产物和冷却剂活化产物是正常运行工况下的最主要放射性来源,也是反应堆运行及维护过程中工作人员辐照剂量的直接来源。本文使用CATE V2.1程序对国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)LIM-OBB(Limiter-Out-Board Baffle)冷却回路的活化腐蚀产物和水活化产物进行模拟计算,并根据CATE模拟得到的放射性活度通过点核积分程序分别计算正常运行1.2 a及停堆15 d的剂量率。计算结果表明,反应堆运行期间冷却剂活化产物比活度和剂量率远大于结构材料活化腐蚀产物,而停堆后冷却剂活化产物迅速衰变完,结构材料的活化腐蚀产物成为比活度和剂量率的主要来源。     

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。     

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     

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。     

水冷聚变堆活化腐蚀产物源项分析程序开发

对于采用水冷方式的聚变堆,主要的放射性源项是水冷回路中的活化腐蚀产物,它会对反应堆的屏蔽设计、人员防护以及事故后果产生重要影响。本文为水冷聚变堆开发活化腐蚀产物源项分析程序CATE,该程序基于两项均匀模型构建浓度平衡方程组,全面考虑了活化腐蚀产物在水冷回路中的主要行为,包括腐蚀、释放、溶解、沉积、活化、衰变、净化等,并采用Runge-Kutta方法对浓度平衡方程组进行数值求解。使用CATE程序对国际热核聚变实验堆(ITER)的偏滤器冷却回路进行建模仿真,计算得到了活化腐蚀产物的成分和放射性活度在冷却剂中和管壁上的分布以及随时间的变化规律。与国际上同类程序PACTITER和TRACT相比,CATE程序的计算结果无论是在数值上还是趋势上都是合理的,可为ITER和CFETR(中国聚变工程实验堆)等的技术评审提供源项数据支持,在增加相应数据库后,还可应用于液态金属冷却反应堆的源项分析。     

工程实验混合堆FEB-E核废物管理问题研究

实验混合堆工程概要设计,FEB-E的主要目标是演示混合堆的工程可行性和作为聚变堆的材料考验装置。FEB-E设计的聚变功率为150MW,平均中子壁负载为0.5MW·m~(-2),第一壁及结构材料为316不锈钢,用氦气冷却。设计假定,第一壁和包层结构材料的辐照时间为5Y,偏滤器为2Y,其它的部件为20Y。FEB-E的运行为连续运行方式,而不是脉冲运行。     

聚变驱动次临界堆第一壁材料辐照损伤的初步研究

介绍了中子对材料的辐照损伤原理及化合物原子平均离位(DPA)截面计算方法;使用辐照损伤计算程序SPECTER计算了聚变驱动次临界堆(FDS-I)第一壁材料CLAM钢的辐照损伤参数,并将CLAM钢的辐照损伤计算结果与相同条件下316SS、SiC等聚变堆结构材料的计算结果进行了比较.     

聚变堆低活化马氏体钢的发展

介绍了国际聚变堆低活化结构材料发展概况及趋势,以及国内发展自己特有的低活化马氏体钢的必要性。介绍了聚变堆结构材料——低活化铁素体/马氏体钢发展的必要性及迫切性,以及目前国际上包括欧洲、日本、美国等在此方面研究的进展概况及发展趋势,最后提出了国内发展自己特有的低活化马氏体钢——CLAM钢的必要性,并对目前的研究进展情况做了介绍。     

基于欧拉指数方法的活化计算程序开发及应用

材料活化产生的放射性不仅对反应堆系统安全产生重要的影响,还会使反应堆退役后存在大量核废料的后处理问题。本文基于欧拉指数方法,采用EAF数据库,自主开发了活化计算程序EuACT,对ZIRLO、Zr-4、M5、N18包壳材料的活化特性进行了计算与分析,并与欧洲活化程序FISPACT计算结果进行了对比。分别选取0.5、1.0和1.5a的辐照时间,计算3种情况下辐照停堆后不同包壳材料的放射性比活度以及衰变余热随停堆时间的变化,并对包壳材料活化特性进行初步分析。结果表明:EuACT与FISPACT的计算结果符合良好;仅从停堆后放射性比活度和衰变余热的角度分析,Zr-4相比其他3种材料具有一定优势。     

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。     

基于CAD的内耦合严格两步法停堆剂量率计算方法研究

核装置尤其是聚变装置中结构材料的辐照活化问题,对核装置的辐射安全具有重要影响。停堆剂量率是材料辐照活化计算中的重要参数,也是聚变堆设计的重要参考依据。本文基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC的中子/光子输运计算功能和中子活化计算功能,开展了严格两步法停堆剂量率计算方法研究。与传统的输运-活化程序外耦合方法相比,本文发展了一种基于CAD的内耦合严格两步法停堆剂量率计算方法,直接基于CAD模型进行网格材料映射,并支持扇形圆柱源抽样,在提高易用性和灵活性的同时,消除了传统方法在圆柱坐标系活化区计算的不足和处理复杂几何时的局限性。最后利用国际热核聚变实验堆ITER发布的停堆剂量率计算基准例题进行了校核计算,计算结果表明了该方法的正确性和可靠性。     

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。