聚变示范堆（HCCB-DEMO）氦冷固态氚增殖包层优化设计研究

发布时间：2024-05-12 18:33

　　氦冷固态陶瓷氚增殖剂示范堆(HCCB-DEMO)设计是由核工业西南物理研究院于2009年提出的一种商用聚变示范堆方案。其主要特点是：1)聚变功率为2550MW,电功率800MW;2)感应燃烧时间为8小时,等离子体运行模式为稳态反剪切模式：3)采用中性束注入作为电流驱动模式,包括16个TF线圈和6个PF线圈,超导导体采用NB3Sn;4)氚自持燃烧。包层是聚变示范堆中的关键部件,要求将聚变堆中的热导出以转换成电能,同时还需要在有限的空间内保证氚增殖。因此,聚变堆中的包层设计是一项具有挑战性的工作。氦冷固态陶瓷氚增殖剂(HCCB)包层是国际上较为成熟的一种包层方案,是HCCB-DEMO的首选包层,同时也是我国国际热核聚变实验堆(ITER)计划上唯一参试的测试包层模块(TBM)概念。基于HCCB-DEMO的堆芯方案以及我国近年来在ITER HCCB TBM研究与开发中积累的大量经验与成果,本论文提出了一种氚增殖性能更良好,满足聚变堆热电转换需求的氦冷固态氚增殖剂包层设计方案。其主要设计参数为：1)包层平均中子壁负载2.3MW/m2,平均表面热负载为0.43MW/m2;2)冷却剂为8MPa氦气,...

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 聚变堆研究背景及进展
        1.1.1 聚变堆及其包层概述
        1.1.2 国际聚变堆研究背景和进展
        1.1.3 HCCB-DEMO研究背景
    1.2 ITER及其实验包层概况
    1.3 氦冷固态氚增殖剂包层研究背景及进展
        1.3.1 欧盟HCPB概念
        1.3.2 韩国HCCR概念
        1.3.3 中国HCCB概念
        1.3.4 小结
    1.4 本论文的研究意义及目的
    1.5 本论文的创新点及主要工作
第二章 包层整体结构及模块设计
    2.1 设计原则及要求
        2.1.1 设计原则
        2.1.2 设计要求
    2.2 包层材料选取
        2.2.1 结构材料
        2.2.2 氚增殖材料
        2.2.3 中子倍增材料
        2.2.4 面向等离子体材料
        2.2.5 小结
    2.3 包层设计方案
        2.3.1 堆内布置方案
        2.3.2 典型包层基本结构
        2.3.3 包层冷却剂流动设计方案
    2.4 本章总结
第三章 包层热工水力学初步设计与优化
    3.1 热工水力学分析的目的与方法
        3.1.1 分析目的
        3.1.2 分析方法
    3.2 结构及热工关键尺寸探索
        3.2.1 第一壁
        3.2.2 增殖单元分析
    3.3 本章总结
第四章 包层热工水力学最终设计与分析
    4.1 中子学分析
    4.2 包层冷却剂分配详细分析
    4.3 各子模块热工流体分析
        4.3.1 第一壁
        4.3.2 筋板/盖板
        4.3.3 增殖单元
    4.4 各子模块集成设计与分析
        4.4.1 增殖单元-筋板-第一壁集成分析
        4.4.2 增殖单元-筋板-第一壁及侧壁集成分析
        4.4.3 增殖单元-筋板-第一壁局部集成分析
    4.5 本章总结
第五章 包层冷却剂分配腔体流动设计与分析
    5.1 分析目的以及方法
        5.1.1 分析目的
        5.1.2 分析方法
    5.2 各腔体单独分析及优化
        5.2.1 增殖单元腔体
        5.2.2 大背板腔体1
        5.2.3 大背板腔体2
        5.2.4 大背板腔体3
    5.3 本章总结
第六章 包层及模块结构应力分析
    6.1 分析目的以及方法
        6.1.1 分析目的
        6.1.2 分析准则及方法
    6.2 分析模型及网格
    6.3 P-type分析
        6.3.1 正常运行工况分析
        6.3.2 事故工况分析
    6.4 S-type分析
    6.5 本章总结
第七章 总结与展望
    7.1 主要研究成果
    7.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3971725