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.     

ITER中国氦冷固体实验包层模块温度场和氦气流场三维数值分析

采用通用计算流体力学软件Fluent对应用于国际热核实验堆(ITER)的实验包层模块(TBM)的第一壁Be、Be球床中子增殖区、Li4SiO4陶瓷球床氚增殖区、以及结构材料的温度场和氦气流道内流场进行了三维数值模拟,研究了TBM的温度场及冷却管道内的氦气流场的分布.结果表明,除极小区域外,材料的温度在该材料所允许的工作范围之内;氦气表现出很好的流动和换热特性.     

中国实验包层模块材料研发进展

聚变堆包层技术是聚变能实现应用的关键技术之一,而材料问题是包层技术的核心问题之一.本文在介绍了目前国际热核聚变实验堆ITER实验包层模块材料选择和中国实验包层模块概念设计中所选材料的性能特点的基础上,重点介绍了国内开展的相关材料研究进展,并阐述了下一步研究中应重点解决的问题.     

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第一壁等离子体注入氚滞留分析

对等离子体注入ITER中国液态锂铅实验包层模块第一壁滞留的氚进行了分析,考虑了第一壁温度梯度、材料表面清洁度、加挂Be瓦及结构材料内缺陷等因素对氚滞留量的影响。分析结果显示,滞留的氚主要存在于中子辐照引起的缺陷内;氚滞留量对第一壁面向等离子体侧的清洁度及加挂Be瓦很敏感;总的氚滞留量约0.58 mg,不会对ITER真空室内氚滞留造成显著影响。     

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。     

ITER中国液态锂铅实验包层模块氦气冷却系统初步设计研究

氦气冷却系统是ITER中国液态锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)在ITER装置内进行实验的重要辅助系统.根据ITER运行时的热工条件、安全要求、空间要求,分析了DFLL-TBM氦气冷却系统的功能,确定氦气冷却系统的设计原则和要求,在此基础上给出氦气冷却系统的初步设计方案和设备布置.该氦气系统的特点体现在:双功能,即有宽的裕量满足SLL-TBM和DLL-TBM实验;两条氦气回路共享压力控制单元和氦气净化子系统;旁路设计调节TBM和热交换器氦气的出口温度.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块活化特性分析与废料处理

使用中子学程序系统VisualBUS和活化数据库EAF-99对DFLL-TBM的高级子模块DLL-TBM的活化特性进行了计算和分析,包括DLL-TBM各部件在不同停堆时间的活度、衰变余热和剂量率.活化计算所需要的三维中子能谱通过MCNP/4C中子/光子输运程序和国际原子能机构发布的FEND1.0数据库计算得到.在活化计算分析的基础上,参照欧洲聚变堆安全和环境评估(SEAFP)策略中有关核废料的处理标准评估了TBM各区材料在退役后的废料处理工作,包括核废料应该采用何种适当的方式进行处理及其被完全清除干净的可行性.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块热工水力学设计与分析

依据ITER堆芯物理参数和中子学计算结果,给出了双功能锂铅实验包层模块热工水力学设计方案,并对氦气系统和液态金属锂铅系统压降和驱动功率进行了初步计算.相关中子学、结构、安全及MHD模拟结果证实了设计方案的可行性.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块结构设计与加工

根据ITER实验包层的发展目标,实验要求,限制条件,结合聚变发电反应堆FDS-Ⅱ DLL/SLL包层方案设计了DFLL-TBM原型结构,给出了加工工艺和装配序列方案.该实验模块特点是极向LiPb流道易于布置FCI流道插件,"]"型隔板和"盒形"背板式联箱简化冷却方案和结构.这种简单的结构易于加工制造,易于派生出在ITER不同运行阶段实验的系列模块,符合在ITER进行SLL-TBM和DLL-TBM两种包层模块实验的策略.     

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。     

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.