CFETR氮冷固态氚增殖剂包层中子学设计及性能研究
发布时间：2021-07-09 22:13
中国聚变工程实验堆CFETR是一个为了填补ITER与未来聚变示范堆之间的技术差距的一个托卡马克实验堆。CFETR设计的重要目标是演示聚变堆的稳态运行以及实现氚的自持,其中氚的增殖比（TBR）是一个关键的设计参数。包层作为聚变堆的一个重要部件,由于承受极强中子辐照,并利用聚变中子进行产氚,因而聚变堆中的大量问题都与包层中子学设计相关,如氚的增殖、能量产生、屏蔽、相关材料的辐照损伤以及放射性安全等等。本论文主要为支持CFETR的设计,在基于一种径向多层布置U型氚增殖区的氮冷包层方案基础上,通过开展中子物理方案设计以充分利用了平行与垂直第一壁的区域进行产氚。在中子学的设计中,通过基于CAD模型与蒙卡中子学建模转换接口程序McCad以及手工建模相结合的办法逐步细化模型完成三维全堆中子学模型的建立。然后在此基础上对赤道面外侧典型包层模块内部的氚增殖比分布以及核热密度等特性进行了研究。通过基于典型包层模块局部氚增殖比Local TBR的变化对全堆精细结构下的氚增殖比评估表明在考虑包层模块间隙的情况下,包层初步方案全堆TBR为1.09,可满足氚自持的目标（TBR>1.05）。在包层初步方案设计...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图３．６ＴＦ的切分处理??
在优化方案Ｃ的基础上继续研巧平行第一壁的Ｂｅ－２、Ｂｅ－３区球床巧度影巧??（表４．３所示），相应典型包层模块局部氣増殖比レ义及加载到冷却板上的热负荷??分别如图４．４与４．５所示。??表４．３平行第一壁由－２、Ｂｅ－３球床厚度调节（单化ｃｍ）??巧节方案?Ｃ?Ｃ１?Ｃ２?Ｃ３??Ｂｅ－１?２?２?２?２??ＬＷＳＫＶｌ?１．５?１．５?１．５?１．５??Ｂｅ－２?１２?１０?８?６??Ｌｉ４Ｓｉ〇４－２?３?３?３?３??Ｂｅ－３?２０?２２?２４?２６??Ｌｉ４Ｓｉ〇４－３?４．５?４．５?４．５?４．５??Ｂｅ＿４?１０?１０?１０?１０??５７??
几乎不会再増大球床填充率，即随机填充球床填充率基本维持在化６４±化０２之间??［ｉｗ］，课题组成员通过改变球床填充方式发现，对单尺寸巧床可通过改变相应填??充方式达到増大球床填充率的目的（如图４．９所示）。此外，采用多元混合球床??也可巧大球床填充率，如采用和Ｂｅ球床一样的双尺寸球床进行填充，巧充率可??达８０％．不过Ｄｕｒａｎ等人的研巧表明，双尺寸球床进行巧充时，大球与小球的直??径比不宜过大，否则球床展动下会引入尺寸分离，其建议的直径比率临界值为??２．７８【１？。??ＰＦ＝０．巧?３６?ＰＦ＝０．６８０２??ｍ?Ｍ??简单立方（ｓｃ）?体＇。立方（ＢＣＣ）??ＰＦ＝０．７４０５?ＰＦ＝０．７４０５??？?ｓ??面也立方（ＦＣＣ）?体屯、棱柱（ＢＣＰ）??西４．９不同球床排布方式对填充率巧巧??图４．１０为不同ＬＵＳ打４小球填充率下的球床结构对赤道面外侧典型包层??Ｌｏｃａｌ?ＴＢＲ的影响，由此可看出其Ｍ增殖性能随ＬＵＳｉ〇４球床填充率増加而增加》??当ＬＵＳｉ〇４小球填充率増加至８０％后，单个包层的局部氣增殖比可由３．７８Ｅ＾３増??加至３．８３巳３。对单尺寸球床来说，由于小球尺寸对＾３民影响较小＇因而可通过??采用多元球床来提髙ＴＢＲ。??６１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[2]Estimation of TBR on the Gap Between Neighboring Blanket Modules in the DEMO Reactor[J]. Youji SOMEYA,Kenji TOBITA. Plasma Science and Technology. 2013(02)
[3]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明. 中国核电. 2009(03)
[4]ITER实验包层计划综述[J]. 冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2006(03)
[5]聚变包层结构特征分析及其实现方法研究[J]. 汪太平,王仲珏,刘晓平,吴宜灿. 安徽工程科技学院学报(自然科学版). 2005(02)
[6]聚变工程研究中的统一建模与信息集成[J]. 汪太平,吴宜灿,刘晓平,王立涛. 安徽工程科技学院学报(自然科学版). 2004(02)
[7]Neutronic Comparison of Tritium-Breeding Performance of Candidate Tritium-Breeding Materials[J]. 郑善良,吴宜灿. Plasma Science & Technology. 2003(05)
[8]Effect of Fusion Neutron Source Numerical Models on Neutron Wall Loading in a D-D Tokamak Device[J]. 陈义学,吴宜灿. Plasma Science & Technology. 2003(02)
博士论文
[1]基于ITER的聚变堆屏蔽关键性问题研究[D]. 杨琪.中国科学技术大学 2015
[2]中国聚变工程实验堆氦冷固态包层结构设计与热工水力分析研究[D]. 李敏.中国科学技术大学 2015
[3]聚变堆燃料循环与氚资源可持续性研究[D]. 倪木一.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]CFETR遥操作转运车的设计及其部件的分析优化[D]. 程汉龙.中国科学技术大学 2014
本文编号：3274598
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图３．６ＴＦ的切分处理??
在优化方案Ｃ的基础上继续研巧平行第一壁的Ｂｅ－２、Ｂｅ－３区球床巧度影巧??（表４．３所示），相应典型包层模块局部氣増殖比レ义及加载到冷却板上的热负荷??分别如图４．４与４．５所示。??表４．３平行第一壁由－２、Ｂｅ－３球床厚度调节（单化ｃｍ）??巧节方案?Ｃ?Ｃ１?Ｃ２?Ｃ３??Ｂｅ－１?２?２?２?２??ＬＷＳＫＶｌ?１．５?１．５?１．５?１．５??Ｂｅ－２?１２?１０?８?６??Ｌｉ４Ｓｉ〇４－２?３?３?３?３??Ｂｅ－３?２０?２２?２４?２６??Ｌｉ４Ｓｉ〇４－３?４．５?４．５?４．５?４．５??Ｂｅ＿４?１０?１０?１０?１０??５７??
几乎不会再増大球床填充率，即随机填充球床填充率基本维持在化６４±化０２之间??［ｉｗ］，课题组成员通过改变球床填充方式发现，对单尺寸巧床可通过改变相应填??充方式达到増大球床填充率的目的（如图４．９所示）。此外，采用多元混合球床??也可巧大球床填充率，如采用和Ｂｅ球床一样的双尺寸球床进行填充，巧充率可??达８０％．不过Ｄｕｒａｎ等人的研巧表明，双尺寸球床进行巧充时，大球与小球的直??径比不宜过大，否则球床展动下会引入尺寸分离，其建议的直径比率临界值为??２．７８【１？。??ＰＦ＝０．巧?３６?ＰＦ＝０．６８０２??ｍ?Ｍ??简单立方（ｓｃ）?体＇。立方（ＢＣＣ）??ＰＦ＝０．７４０５?ＰＦ＝０．７４０５??？?ｓ??面也立方（ＦＣＣ）?体屯、棱柱（ＢＣＰ）??西４．９不同球床排布方式对填充率巧巧??图４．１０为不同ＬＵＳ打４小球填充率下的球床结构对赤道面外侧典型包层??Ｌｏｃａｌ?ＴＢＲ的影响，由此可看出其Ｍ增殖性能随ＬＵＳｉ〇４球床填充率増加而增加》??当ＬＵＳｉ〇４小球填充率増加至８０％后，单个包层的局部氣增殖比可由３．７８Ｅ＾３増??加至３．８３巳３。对单尺寸球床来说，由于小球尺寸对＾３民影响较小＇因而可通过??采用多元球床来提髙ＴＢＲ。??６１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]托卡马克研究的现状及发展[J]. 李建刚. 物理. 2016(02)
[2]Estimation of TBR on the Gap Between Neighboring Blanket Modules in the DEMO Reactor[J]. Youji SOMEYA,Kenji TOBITA. Plasma Science and Technology. 2013(02)
[3]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明. 中国核电. 2009(03)
[4]ITER实验包层计划综述[J]. 冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2006(03)
[5]聚变包层结构特征分析及其实现方法研究[J]. 汪太平,王仲珏,刘晓平,吴宜灿. 安徽工程科技学院学报(自然科学版). 2005(02)
[6]聚变工程研究中的统一建模与信息集成[J]. 汪太平,吴宜灿,刘晓平,王立涛. 安徽工程科技学院学报(自然科学版). 2004(02)
[7]Neutronic Comparison of Tritium-Breeding Performance of Candidate Tritium-Breeding Materials[J]. 郑善良,吴宜灿. Plasma Science & Technology. 2003(05)
[8]Effect of Fusion Neutron Source Numerical Models on Neutron Wall Loading in a D-D Tokamak Device[J]. 陈义学,吴宜灿. Plasma Science & Technology. 2003(02)
博士论文
[1]基于ITER的聚变堆屏蔽关键性问题研究[D]. 杨琪.中国科学技术大学 2015
[2]中国聚变工程实验堆氦冷固态包层结构设计与热工水力分析研究[D]. 李敏.中国科学技术大学 2015
[3]聚变堆燃料循环与氚资源可持续性研究[D]. 倪木一.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]CFETR遥操作转运车的设计及其部件的分析优化[D]. 程汉龙.中国科学技术大学 2014
本文编号：3274598
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