熔盐包层的设计与中子学计算分析

发布时间：2020-07-08 14:37

【摘要】：中国聚变工程实验堆(CFETR)是一个全超导托克马克反应堆,作为中国的下一代聚变装置,对其展开研究对中国聚变能走向商业应用具有重大意义。包层是聚变堆的关键之一,其主要功能是实现氚的增殖。本文在调研国内外研究现状的基础上,提出了CFETR熔盐包层概念,并对其展开设计以及中子学分析。本文根据CFETR堆芯物理参数,建立了CFETR的中子源数学模型,并借助Matlab程序对其进行了分布模拟。同时进行了中子壁负载的验证分析,模拟值与标准值的误差在5%之内。研究过程中设计与计算相结合,根据计算结果指导设计的优化方向。熔盐包层初始设计方案为：氟锂铍作为氚增殖剂(Li-6富集度为60%)、碳化钨作为屏蔽材料、低活化钢作为结构材料。论文以初始设计方案为基础,建立了CFETR熔盐包层的一维中子学模型,开展氚增殖比的计算分析,并根据计算结果优化包层的设计参数。其主要工作有：(1)分析了使用铍、铅两种中子倍增剂和无中子倍增剂三种状态下氚增殖比变化趋势,最终确定了使用铍作为中子倍增材料。(2)计算了在不同Li-6富集度下的氚增殖比的变化,,确定使用60%的Li-6富集度。(3)模拟了高、低场侧包层氚增殖区域厚度、中子倍增区域厚度对氚增殖比的影响。综合考虑空间、氚增殖和中子屏蔽等因素确定了包层的内部材料布置方案。高场侧包层：10cm中子倍增区+15cm增殖区域；低场侧包层：15cm中子倍增区+25cm增殖区域。(4)研究了结构材料、偏滤器等因素对氚增殖比的影响。在一维设计基础上考虑偏滤器、真空室、纵向磁场线圈等结构,完成了熔盐包层的结构设计。建立了包层中子学分析的三维模型,计算了包层径向隔板对氚增殖比的影响,在不考虑径向隔板及装置窗口的情况下得到氚增殖比为1.3256；考虑径向隔板后的氚增殖比大小为1.3162,减小了0.71%。最后,在三维中子学模型的基础上对熔盐包层进行了中子壁负荷计算分析、核功率密度计算分析,得到了包层的核热及中子壁负荷参数。同时对包层的原子离位(DPA)及氦产生率开展了计算。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL62

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本文编号：2746669