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聚变-裂变混合堆水冷包层中子物理性能研究

原子能科学技术 2009年第B12期43卷 97-102页

作者：徐红杨永伟周志伟清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

研究直接应用国际热核聚变实验堆(ITER)规模的聚变堆作为中子驱动源,采用天然铀为初装核燃料,并采用现有压水堆核电厂成熟的轻水慢化和冷却技术,设计聚变-裂变混合堆裂变及产氚包层的技术可行性。应用MCNP与Origen2相耦合的程序进行计... 详细信息

研究直接应用国际热核聚变实验堆(ITER)规模的聚变堆作为中子驱动源,采用天然铀为初装核燃料,并采用现有压水堆核电厂成熟的轻水慢化和冷却技术,设计聚变-裂变混合堆裂变及产氚包层的技术可行性。应用MCNP与Origen2相耦合的程序进行计算分析,研究不同核燃料对包层有效增殖系数、氚增殖比、能量放大系数和外中子源效率等中子物理性能的影响。计算分析结果显示,现有核电厂广泛使用的UO2核燃料以及下一代裂变堆推荐采用的UC、UN和U90Zr10等高性能陶瓷及合金核燃料作为水冷包层的核燃料,都能满足以产能发电为设计目标的新型聚变-裂变混合堆能量放大倍数的设计要求,但只有UC和U90Zr10燃料同时满足聚变燃料氚的生产与消耗自持的要求。研究结果对进一步研发满足未来核能可持续发展的新型聚变-裂变混合堆技术具有潜在参考价值。

关键词：聚变-裂变混合堆水冷包层核燃料中子物理性能

一种基于温控机制的PWR水冷包层TBR优化方法

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核聚变与等离子体物理 2017年第4期37卷 475-481页

作者：邱阳姚达毛张杰刘常乐高翔中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230027

根据DEMO情形下的堆芯和包层设计参数,基于包层产氚及热工的温度控制要求,研究了一种适合PWR水冷包层设计的氚增殖率(TBR)优化方法。利用中子学及有限元方法,建立了包层2维分析模型,计算了包层能量增益因子,并基于该因子计算了包层的总... 详细信息

根据DEMO情形下的堆芯和包层设计参数,基于包层产氚及热工的温度控制要求,研究了一种适合PWR水冷包层设计的氚增殖率(TBR)优化方法。利用中子学及有限元方法,建立了包层2维分析模型,计算了包层能量增益因子,并基于该因子计算了包层的总能量沉积。研究了包层结构参数变化时局部TBR的分布特点。重点基于温控方法研究了包层结构参数的变化与TBR之间的内在联系,获得了包层局部TBR达到最佳值的结构参数理论参考值。

关键词： TBR优化温控机制 PWR 水冷包层 DEMO

基于压水堆工况下CFETR水冷包层的增殖区破口事故初步分析

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中国科学技术大学学报 2017年第6期47卷 479-484页

作者：杨枭赵平辉葛志浩李远杰聂星辰刘佳明中国科学技术大学核科学技术学院安徽合肥230022

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)是一个类ITER的聚变实验堆.基于压水堆工况下的水冷包层是其包层设计的一种.使用RELAP5/MOD3.4对压水堆工况下的CFETR水冷包层做了增殖区破口事故的初步分析,详细... 详细信息

中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Testing Reactor,CFETR)是一个类ITER的聚变实验堆.基于压水堆工况下的水冷包层是其包层设计的一种.使用RELAP5/MOD3.4对压水堆工况下的CFETR水冷包层做了增殖区破口事故的初步分析,详细描述了其事故进程并对事故结果做了简要分析.根据计算结果,CFETR水冷包层在事故中并没有发生面向等离子体第一壁熔化或氢气产量超过限值的情况.由于安全阀的存在,破口后冷却剂可以进入真空室.这使得包层的整体性得到了保障.此外由于真空室体积巨大,破口后其压力最终值也在安全阈值之下.

关键词：中国聚变工程实验堆水冷包层压水堆工况 RELAP5/MOD3.4 增殖区破口事故

CFETR水冷包层两元混合增殖球床流动特性研究

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核聚变与等离子体物理 2017年第4期37卷 452-456页

作者：陈有华陈磊刘松林中国科学技术大学合肥230027 中国科学院等离体子物理研究所合肥230031

作为中国聚变工程实验堆(CFETR)候选包层之一的水冷包层(WCCB),拟采用不同尺寸的两元混合增殖球床以增加球床的填充率,从而满足氚增殖比(TBR)要求。采用离散元方法(DEM)建立了满足中子学要求的CFETR水冷包层两元球床填充结构,通过CFD计... 详细信息

作为中国聚变工程实验堆(CFETR)候选包层之一的水冷包层(WCCB),拟采用不同尺寸的两元混合增殖球床以增加球床的填充率,从而满足氚增殖比(TBR)要求。采用离散元方法(DEM)建立了满足中子学要求的CFETR水冷包层两元球床填充结构,通过CFD计算分析获取了氦气在球床颗粒间隙之间的流动特性,包括孔隙率分布、速度分布和压降等。

关键词：中国聚变工程实验堆水冷包层两元球床离散元方法流动特性

CFETR水冷包层模块热工水力学分析与优化

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核聚变与等离子体物理 2022年第3期42卷 301-307页

作者：凌启鑫马学斌刘松林中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230027 深圳大学深圳518060

基于中国聚变工程试验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂包层(WCCB)1#模块的三维几何模型,应用CFD软件Fluent开展了包层热工水力学分析,验证了包层热工水力学设计的合理性。采用包层CFD全模型开展了冷却剂系统的流场分析,获得了包层冷却流道流量... 详细信息

基于中国聚变工程试验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂包层(WCCB)1#模块的三维几何模型,应用CFD软件Fluent开展了包层热工水力学分析,验证了包层热工水力学设计的合理性。采用包层CFD全模型开展了冷却剂系统的流场分析,获得了包层冷却流道流量分布情况。在此基础上对包层冷却系统进行了设计优化,获得了较为理想的包层流场分布。

关键词： CFETR 水冷包层热工水力学分析流场优化

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聚变水冷包层中子学分析研究

聚变水冷包层中子学分析研究

作者：李夏中国科学技术大学

学位级别：硕士

包层是磁约束聚变反应堆的核心部件。为了向热工水力学设计和核安全分析提供源项、评价聚变包层的产氚性能、分析材料辐照损伤和包层材料寿命,需要作大量的中子学计算。本论文目的在于以中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷固态陶瓷增殖剂(WC... 详细信息

包层是磁约束聚变反应堆的核心部件。为了向热工水力学设计和核安全分析提供源项、评价聚变包层的产氚性能、分析材料辐照损伤和包层材料寿命,需要作大量的中子学计算。本论文目的在于以中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷固态陶瓷增殖剂(WCCB)包层、欧洲DEMO水冷锂铅(WCLL)包层以及结构材料为分析对象,应用辅助建模工具McCad开发三维中子学模型,并通过蒙特卡罗粒子输运程序MCNP和活化计算程序FISPACT,完成中子学分析,从而为包层优化与材料选择提供中子学数据支持。首先,本论文基于CFETR-2018模型和WCCB包层结构方案,建立了较为精细的WCCB 3D中子学模型,使用MCNP研究了在不同聚变功率下WCCB包层的中子壁负载、氚增殖率、核热沉积和材料辐照损伤。结果显示,在200MW到1.5GW聚变功率、并初步考虑窗口效应条件下,WCCB包层氚增殖率满足CFETR氚自持要求(TBR≥1.1);1.5GW聚变功率下WCCB包层的总核热功率达到1410.78MW,能量倍增因子为1.175;包层第一壁铠甲和第一壁钢受到最大辐射损伤分别为6.767 dpa/FPY和10.335 dpa/FPY。另外,通过CFETR-WCCB一维中子学计算,分析了中子辐照对磁体影响,初步结果显示WCCB包层满足屏蔽要求。其次,本论文基于WCLL包层多模块设计(MMS),开发了WCLL 3D中子学模型,嵌入CFETR简化模型中进行中子学分析。经验证,WCLL包层设计满足CFETR产氚要求(TBR=1.19),外包层TBR贡献占所有包层的74.47%,内包层占25.53%,WCLL包层能够提供TFC所需的内屏蔽性能。根据同一CFETR主机模型开发了WCCB包层3D模型,比较了两者的氚增殖性能。此外,本论文以CFETR-WCCB包层为参考研究对象,开展了新型马氏体耐热钢SIMP钢应用于聚变堆的研究。通过MCNP与FISPACT活化耦合计算,分析了SIMP钢的放射性比活度、衰变热、接触剂量率、清洁解控指数和材料辐照损伤,并和EUROFER-97、F82H等典型RAFM钢作了低活化特性比较。模拟结果表明,SIMP钢体现出较好的低活化特性,从低活化的角度可应用于聚变包层。

关键词：聚变堆水冷包层中子学分析

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CFETR固态水冷包层氚分析

CFETR固态水冷包层氚分析

作者：杨万里中国科学技术大学

学位级别：硕士

中国核聚变工程实验堆CFETR是一个处于概念设计阶段的超导托卡马克试验堆。该装置介于国际热核聚变实验堆ITER与未来聚变示范堆DEMO之间,设计输出50～200MW的聚变功率,在最大输出功率下,CFETR的氚消耗速率将达到每天30克。考虑到自然界... 详细信息

中国核聚变工程实验堆CFETR是一个处于概念设计阶段的超导托卡马克试验堆。该装置介于国际热核聚变实验堆ITER与未来聚变示范堆DEMO之间,设计输出50～200MW的聚变功率,在最大输出功率下,CFETR的氚消耗速率将达到每天30克。考虑到自然界有限的氚储存量以及聚变堆较大的氚消耗量,实现氚自持是CFETR聚变反应堆的设计工作中一个重要问题。通过对氚的基本理化性质调研,以及材料中氚渗透过程的分析,本论文针对平板内以及圆形管道内氚渗透过程进行了推导分析。考虑到CFETR的工程实际设计中,常见的不规则结构中氚输运问题,本论文尝试引入了有限元方法进行氚输运的数值模拟,并基于MATLAB开发出小型的有限元计算程序。选取CFETR固态水冷包层设计中,第一壁剖面的单个流道结构,开展了使用有限元方法计算不规则结构中氚输运的可行性验证。包层是磁约束核聚变反应堆的核心部件之一,也是聚变反应中实现氚增殖区域。基于CFETR的氚自持要求,本论文主要针对CFETR的固态水冷包层中氚问题的开展了分析工作。通过对包层的设计分析,本论文建立了一个简化的水冷包层内氚输运分析模型,并基于MATLAB开发出包层内氚输运分析模拟程序。对CFETR从启动到持续稳定运行这一段时间内,固态水冷包层内氚浓度、氚储存及氚泄漏行为进行了分析。考虑到该包层在概念设计阶段的不确定性,本文针对部分CFETR固态水冷包层的参数进行了敏感性分析,包括包层内氚源强度、热工设计温度、一回路分支流量分配、结构材料的表面条件等。通过对氚输运结果的分析总结,对后续的CFETR固态水冷包层的氚输运优化,给出一些参考性的意见与建议。

关键词：中国核聚变工程实验堆水冷包层有限元方法氚分析敏感性分析

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水冷包层子模块第一壁模化与数值模拟

水冷包层子模块第一壁模化与数值模拟

中国核学会2015年学术年会

作者：廖世梁曹学武上海交通大学机械与动力工程学院

水冷包层子模块并联通道的流量分配会影响到热量的导出,可能危及系统的安全,因此,有必要对并联通道的流量分配展开研究。本文以包层子模块为对象,针对第一壁并联通道的试验段模化设计与流量分配特性展开研究。首先,采用相关模化理论对... 详细信息

水冷包层子模块并联通道的流量分配会影响到热量的导出,可能危及系统的安全,因此,有必要对并联通道的流量分配展开研究。本文以包层子模块为对象,针对第一壁并联通道的试验段模化设计与流量分配特性展开研究。首先,采用相关模化理论对子模块第一壁的结构及热工参数进行模化分析,得出试验段的相关参数。然后,采用计算流体力学(CFD)的方法对模化后的并联通道进行数值模拟,并分析其流动状态。进而与原型结构下的流动特性参数进行比对,验证采用模化方法得到的试验段参数可以有效反映水冷包层子模块第一壁流动特点,为以后试验装置的搭建提供理论依据。

关键词：水冷包层第一壁模化分析流动特性

来源： cnki会议评论

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CFETR水冷陶瓷增殖剂包层中子学分析

核聚变与等离子体物理 2020年第3期40卷 275-282页

作者：李夏马学斌卢棚郑俞徐坤刘松林中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 深圳大学深圳518060

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂(WCCB)三维中子学模型,应用蒙特卡罗输运程序MCNP5和IAEA聚变评价核数据库FENDL2.1,完成了WCCB中子学性能分析。研究了在200MW、500MW、1.0GW、1.5GW聚变功率下中子壁载荷(NWL)、氚增殖率(T... 详细信息

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂(WCCB)三维中子学模型,应用蒙特卡罗输运程序MCNP5和IAEA聚变评价核数据库FENDL2.1,完成了WCCB中子学性能分析。研究了在200MW、500MW、1.0GW、1.5GW聚变功率下中子壁载荷(NWL)、氚增殖率(TBR)、核热沉积以及包层材料的辐照损伤。结果显示,目前WCCB包层核分析结果满足CFETR设计要求。

关键词： CFETR 水冷包层中子学计算