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CFETR 包层相关问题研究

ASIPP. CFETR 包层相关问题研究. 刘常乐. 2014-4-23. ASIPP. 内容提要. ● CFETR 包层 : 增殖与屏蔽 ● CFETR 增殖包层设计关键技术 1 ）材料问题； 2 ）热工问题； ● CFETR 屏蔽包层初步研究； 1 ） ITER 屏蔽包层调研； 2 ） CFETR DIV 屏蔽包层初步设计； ● 总结. ASIPP. CFETR 包层：增殖包层和屏蔽包层. ● CFETR 包层与 ITER 包层的区别 : 1 ） CFETR — 增殖包层 + 屏蔽包层；

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CFETR 包层相关问题研究

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Presentation Transcript

  1. ASIPP CFETR包层相关问题研究 刘常乐 2014-4-23

  2. ASIPP 内容提要 ● CFETR包层:增殖与屏蔽 ● CFETR增殖包层设计关键技术 1）材料问题； 2）热工问题； ●CFETR屏蔽包层初步研究； 1）ITER屏蔽包层调研； 2）CFETR DIV屏蔽包层初步设计； ● 总结

  3. ASIPP CFETR 包层：增殖包层和屏蔽包层 ● CFETR包层与ITER包层的区别: 1）CFETR —增殖包层+屏蔽包层； 至少75%面积区域需要覆盖增殖包层模块；TBR（tritium breeding ratio） ≥ 1.05（1.2）； 2）ITER—TBM+屏蔽包层，只有三个窗口布置6个TBM(test blanket module)，测试产氚，没有氚自持的要求，大部区域为屏蔽包层； ● CFETR 偏滤器区域需要 屏蔽包层。

  4. ASIPP 聚变堆增殖包层基本概念 ● By K.Tobita. FED,2010 ① 增殖包层：产氚 (1) 日本DEMO固态包层 (2)西南物理所 (3) 等离子所 ② ● 冯开明总体组报告,2012 ③ 目前,氚包层方案约有固态包层氦/ 水冷、液态包层自冷/ 水冷4 种主要概念。所有合作方均对固态氦/ 水冷感兴趣,这种兴趣代表着固态氦/水冷未来的发展趋势。 ● 刘松林 . 总体组报告,2012 ● 许增裕.国际热核实验堆的建造与聚变堆材料研究

  5. ASIPP 增殖包层设计关键技术问题 ●包层设计关键问题：材料、中子学、热工、力学。目前阶段重点在材料及热工，原因涉及产氚最大化及工程可行性。 材料问题： ① 材料选择②材料设计（涉及TBR） ① By K.Tobita. U of Tokyo 16MAR2009

  6. ASIPP ② ●材料设计在于尺寸及组分。分层尺寸的确定主要靠多次优化设计及迭代计算，设计依据和目标是TBR数值的大小。 ● By 田英男 等， 原子能科学，2013 ● By C. Liu, et al, to be submitted

  7. ASIPP ② ●CFETR 与DEMO 的一个明显的区别：中子壁负载(MW/m2)相差近10倍（低）。从结构上看，径向450mm（DEMO）的包层区域需要的冷管疏密程度降低，从而相对增加了增殖区域。 ● By C. Liu, D. Yao, et al, IEEE TPS under review CFETR内包层厚度限值为0.8米，外包层厚度限值1.2m

  8. ASIPP ① ●包层热工问题：①流体流动与传热②中子生热与沉积③温度控制与氚释放。 流体流动与传热涉及一般流体力学问题，但区别是核材料的性能随温度变化；包层内部流场及参数变化符合经验公式；需要考虑流体参数的工程可行性。 ● By C. Liu, K. Tobita, et al, FED, 2011 ● By C. Liu, J. Zhang, et al, FED, 2013

  9. ASIPP ② ②中子生热与沉积 包层内部主要的热源是中子生热：第一壁中子壁载荷在包层内部的中子剂量分布、倍增区域倍增剂的倍增中子以及伽马射线生热。 但主要考虑中子热沉积。 ● By C. Liu, K. Tobita et al, FED, 2010 ● By H. Utoh, K. Tobita, et al, PFR, 2012

  10. ASIPP ③ ③温度控制问题 包层内部温度，尤其是核材料区域温度涉及氚的有效释放，对于提高TBR数值十分重要。 温度控制基于材料产氚最大化的温度要求及中子热沉积的分布。 ● By C. Liu, D. Yao, et al, SOFE2013 ● By C. Liu, J. Zhang, et al, FOFE,2014

  11. ASIPP ●另外：增殖区域占有率问题。CFETR增殖区域占有率涉及TBR自持效率及工程上各个内部部件设计空间问题。 ● By K. Tobita, et al, U of Tokyo, 16MAR2009 日本的SlimCS的增殖区域是75.9%, CFETR是多少，与其他内部部件发生冲突?

  12. ASIPP CFETR屏蔽包层初步研究 ● ITER屏蔽包层调研。 ITER blanket直接面对等离子体，包括shield block(SB) +first wall(FW), (真空室夹层之间仍有可以屏蔽中子的SB)。 屏蔽包层设计主要包括：材料、结构、力学及中子学要求。 Shielding block First wall ● By A. René Raffray , MFE Development Workshop,2012

  13. ASIPP ●CFETR屏蔽包层包括：增殖区域+偏滤器区域。 我们已经根据偏滤器区域的中子屏蔽要求，完成初步的中子学建模及分析，正在考虑进一步的中子学设计。已经初步考虑拟将屏蔽包层置于第一壁之后，或支撑结果一体化设计。 增殖区域包层需要模块化设计，但工程细化需要大量的人力和时间。 特别地，CFETR增殖屏蔽包层位于增殖包层后面，ITER屏蔽包层直接面对等离子体，因此由此造成的结果是：CFETR屏蔽包层不存在第一壁，与其他区域的结合面将有别于ITER。但增殖区域的屏蔽包层还是要进行模块设计。

  14. ASIPP 5. 总结 ● CFETR首先是个完全意义的聚变堆（氚自持），有别于ITER（少数TBM测试）。因此氚自持的可行性及实现途径需要进一步验证； ● CFETR中子壁负载低于DEMO聚变堆10倍数量级。因此增殖包层的冷却能力需求相对降低，这有利于简化包层的结构设计； ● CFETR 增殖包层总的区域与相关内部间空间关系需要定义； ● 聚变堆增殖包层设计的关键技术需要深入细致研究，材料、热工、力学等一系列工程问题需要解决； ● 聚变堆增殖包层技术是一项暂时无法用实验验证的非工程性技术，需要广泛的科学研究。 ●CFETR 屏蔽包层包括增殖区域和偏滤器部分，依照ITER的经验，屏蔽包层的设计需要大量的人力物力，预研工作艰巨。

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