聚变堆氦冷固态增殖包层中子学分析

聚变堆固态包层框架下,针对初步设计的聚变堆氦冷固态包层进行了中子学分析。选择增殖区的氚增殖剂和中子倍增剂分层分布方案,建立了20°对称D型轮胎环全堆计算模型,对聚变中子源分布离散化处理。借助M on te-C arlo粒子输运程序M CNP对聚变堆包层的氚增殖性能和核热功率进行了计算。结果表明,堆总体氚增殖率达到1.247,核热密度峰值在赤道包层模块,能够实现聚变堆运行的氚自持条件。     

聚变-裂变增殖堆包层的初步中子学设计

 基于国际热核实验堆ITER的堆芯参数和套管结构,对聚变-裂变增殖堆包层的进行了初步中子学设计。基于国际热核实验堆的堆芯参数提出了采用套管结构,以天然金属铀为燃料和硅酸锂为氚增殖剂的快裂变-增殖堆包层的初步中子学设计设计方案。使用FENDL 2.1核数据库及MCNP程序自带的核数据库,用MCNP程序对套管结构快裂变-增殖堆包层进行一维的方案筛选及三维中子学的计算分析。计算分析包层内的一维功率密度分布、产氚率、钚增殖率分布,通过优化设计分析给出合理的包层设计方案,并计算氚增殖率TBR、能量放大倍数M、有效增值系数k_eff、裂变增殖比等参数。     

中国氦冷固态试验增殖模块(CH HCSB BT-TBM)产氚优化

借助一维中子输运计算程序ONEDANT对ITER实验包层模块(TBM)设计的产氚问题进行了计算分析与优化设计,基于初始的模块结构设计,首先计算出不同材料区的产氚增值比和能量密度分布,改变不同材料区的氚增值材料后,进行中子学计算和分析,最后得到最佳的氚增殖材料分布和产氚分布等参数。     

液态锂铅在实验回路测试段中的流动传热模拟

液态金属与其合金已被广泛地应用于聚变堆包层,其中液态金属锂铅以其独特的中子性能和传热性能,在液态产氚包层中常被用作增殖剂与冷却剂.液态金属锂铅实验回路是研究聚变堆液态金属包层冷却剂载热性能和技术的最佳实验平台.为了探索高温液态锂铅在回路管道中的流动与传热,设计并计划建造一小型的液态金属锂铅实验回路,并应用大型计算流体力...     

圆管内液态金属磁流体的一种迭代数值模拟法

聚变发电反应堆液态包层概念设计中,液态金属由于较好的热传导性、良好的中子性能和在线提氚等优势常作为氚增殖剂和冷却剂应用于包层中.然而液态金属在磁约束强磁场环境下流动引起的磁流体动力学(MHD)效应,直接影响着包层热效率和热工水力设计的可行性.文章通过一种迭代数值模拟方法对包层中液态金属磁流体建立数学模型,用有限差分迭代...     

氚增殖包层对CFETR纵场波纹度的影响研究

氚增殖包层作为中国聚变工程实验堆的核心部件之一,其主要功能是实现氚增殖,为聚变反应提供氚燃料.由于聚变反应产生的中子会使材料活化,因此,CFETR氚增殖包层采用低活化钢作为结构材料.低活化钢材料的铁磁特性会使等离子体区域产生磁场绕动影响装置等离子体运行的稳定性.针对CFETR装置开展纵场波纹度的研究,建立了磁场分析的有限元模型,计算了F28H、CLF-1等低活化钢的波纹度分布,得到了不同结构材料的磁场强度和波纹度大小,结果显示,磁饱和值较低的结构材料有利于降低磁场波纹度.本研究可以为后续包层材料的选择与优化提供一定的参考.     

ITER中国液态锂铅实验回路中的氚技术

多方合作的国际热核实验堆(ITER)计划是全球能源问题关注的一个重要进展标志,中国参与提出的双功能液态锂铅包层模块(DFLL-TBM)是一重要组成部分,采用液态锂铅合金作为氚增殖剂和冷却剂,氢-氦混合气鼓泡方式提取氚.因此,氚技术成为关系液态金属包层成败的关键问题之一.结合中国液态锂铅实验包层技术的发展战略,从理论分析与计算、实验研究和工程设计3方面,阐述了自2004年以来ITER中国液态锂铅回路中的氚技术研究进展.系统介绍了液态锂铅鼓泡器的模拟-设计与研制、锂铅回路中氚的衡算-分析与防氚渗透涂层的进展、锂铅材料辐照-释氚行为的计算与实验、包层氚提取系统的设计等情况.这些工作结果表明,彻底克服锂铅中氚溶解度极低、长期连续操作、磁流体效应(MHD)累积、材料腐蚀等困难,解决氚的滞留、渗透与回收技术难题,降低环境污染是完全可行的.     

ITER中国固体实验包层温度场数值模拟

利用计算流体力学数值模拟软件F luen t对国际热核实验堆(ITER)的中国固体实验包层模块(TBM)的第一壁B e、B e球床中子增殖区、L i4S iO4陶瓷球床氚增殖区、以及结构材料的温度场进行二维和三维数值模拟。研究TBM各区及冷却剂氦气流道的温度场分布,并对二维和三维计算结果进行比较。结果表明:除极小区域外,各材料层的温度均低于该材料所允许的工作温度;二维模拟结果与三维模拟结果基本符合,为了简化计算,在初步分析中可采用二维模拟。分析结果可作为ITER中国固体实验包层模块的热工水力学优化设计的参考。     

中国固体实验包层增殖子模块的温度场模拟

针对国际热核实验堆(ITER)中国固体实验包层模块(TBM)的铍球床中子增殖区、Li4SiO4陶瓷球床氚增殖区以及冷却剂氦气在稳态工况下的温度场,该文利用计算流体力学软件Fluent对TBM增殖子模块进行二维数值模拟。计算结果表明:在原有的设计方案下,Li4SiO4陶瓷球床的最高温度将会超过材料所允许的工作温度。该文提出的改进方法将Li4SiO4区域均匀分成3块。改进之后的方案能够满足设计要求。分析结果和改进方案可以作为ITER中国固体实验包层模块的热工水力学优化设计的参考。     

液态锂铅合金鼓泡器的气泡行为数值模拟

 液态金属包层的氚燃料循环是实现聚变堆、聚变-裂变混合堆正常运行的核心技术之一。氚燃料循环系统由氚净化、氚提取、氚储存、氚测量、氦/水冷却、氚回收等子系统构成,而液态金属鼓泡器位于包层主回路与氚提取系统之间,具有氚在线监测与氚去除的重要功能,是不可缺少的关键部件。由于氢同位素在液态锂铅中的极低溶解度和液态合金的高温、活泼、物理等特性,鼓泡器的研制十分困难。为完成液态锂铅合金鼓泡器（LLLB）的设计与建造,采用流体力学方法建立了描述气泡直径与粒度分布、气含率特征等动力学行为的代数模型。数值模拟结果表明,床层气含率和稳定气泡粒度分布均不受喷嘴孔径的影响;低气速下气泡破碎远快于气泡的聚并,绝大部分初始气泡直径大于最大稳定直径,其破碎后的直径取决于最大稳定气泡直径的大小;气泡比表面积和传质表面积增大的主要因素是气泡直径分布的变化。     

聚变中子学计算分析及UW截面库的评估

使用ＡＮＩＳＮ程序及ＵＷ截面库对一系列物理情形（特别是混合堆包层的氚增殖比Ｔ和燃料增殖比Ｆ）作了计算，并与国内外相应的理论和实验结果作了比较。结果表明ＡＮＩＳＮ程序在清华大学ＥＬＸＳＩ计算机上的调试是成功的．相应的ＵＷ截面库是可以信赖的，它们可以被用作为聚变中子学计算的工具。最后指出本文与文献中计算结果的较大差别是由于两者使用的截面数据不同而引起。     

双冷嬗变包层中液态锂铅磁流体压降研究(英文)

使用计算流体力学程序和专用的MHD程序,对聚变裂变混合堆双冷嬗变包层中的液态金属锂铅进行数值模拟,依据结构设计、热工水力学参数和中子学计算参数,对相应包层中液态金属锂铅在三维效应作用下的压降进行分析计算,并对包层模块关键部位进行数值模拟,给出锂铅局部的速度场和压力分布,同时计算模拟不同电导率比值对锂铅速度的影响.依据速度场和压力分布的模拟结果,对双冷嬗变包层设计方案在等离子体稳态运行条件下可行性进行分析.     

琼脂含量对Li2TiO3陶瓷微球制备工艺的影响

Li2TiO3陶瓷具有Li原子密度较高、化学稳定性好、氚滞留量低、与结构材料的相容性好、低温下氚的释放性能优异等优点,已经成为聚变反应堆包层用氚增殖剂候选材料之一。以琼脂为凝胶剂、Li2CO3和TiO2粉体为原料,探讨了直接湿法制备Li2TiO3陶瓷微球的成球机理,研究了琼脂和水的含量对陶瓷微球球形度和显微结构的影响。结果表明,琼脂质量分数为Li2TiO3粉体质量的3%、水浴温度为85℃时所制备的陶瓷微球具有较高的球形度。1 300℃烧结的Li2TiO3陶瓷微球具有较高的烧结密度,可达理论密度的84.9%。陶瓷微球富含微孔结构,孔径尺寸主要分布在0.03～0.20μm。     

CITP-II在线产氚辐照回路设计

 在线产氚辐照回路是根据聚变能源研究的需要,在热中子堆上设计的增殖剂材料辐照产氚及释氚回路,可进行增殖剂材料的辐照评价、氚的载带及循环参数研究等工作.本文介绍了CITP-II在线产氚辐照回路的主要工艺系统和核心装置.辐照舱实现了增殖剂材料的堆内安全辐照;载气系统完成了增殖剂材料的在线换料和释放氚的载带;间气及净化系统可进行增殖剂辐照温度和释氚温度窗口的调节及控制;理论计算数据和确定的回路运行参数,可为CITP-II在线产氚辐照回路的运行及增殖剂产氚释氚试验研究提供借鉴.     

固态氚增殖材料Li_4SiO_4陶瓷微球的制备

锂基陶瓷是氚增殖材料的主要选材料之一。以正硅酸乙酯和硝酸锂为主要原料,采用溶胶-凝胶法合成了Li4SiO4陶瓷粉体,利用湿法成球技术制备了毫米级Li4SiO4陶瓷微球。结果表明：PH值对Li4SiO4陶瓷粉体的相结构有较大影响。在中性和酸性条件下得到的是Li4SiO4与Li2SiO3的混合相,而在碱性条件下得到的是纯Li4SiO4相。凝胶剂质量分数在10%的时候能得到球形度跟强度都好的陶瓷球。950℃为Li4SiO4陶瓷微球的最佳烧结温度,此时烧结的陶瓷球的密度最大,为理论密度的85.48%。该研究为获得低成本、高性能的锂基陶瓷微球提供了依据。     

氚标记中草药有效成分定位效应的研究

在总结前人工作的基础上提出3种主要氚气曝射法相应的氚化机制. 结合该机制利用量子化学的半经验自洽场方法--CNDO/2近似方法探讨了上述3种方法的氚标记中草药有效成分--青蒿素和还原青蒿素的定位效应,首次提出并应用氚化指数的概念预测了青蒿素和还原青蒿素在上述3种方法中的主要氚化位置,这一新概念得到了实验证实.     

基于水化学和同位素的典型岩溶水系统溶质演化过程—以西昌市仙人洞为例

仙人洞岩溶水系统是西昌市南部典型的地下水系统,亦是该区饮用水和灌溉用水的唯一水源,对其水源成因和溶质组分演化过程的研究具有重要的科学价值和现实意义。本文以仙人洞岩溶水系统为研究对象,通过分析岩溶水、基岩裂隙水和地表水水化学组分、氢氧同位素和氚同位素特征,探讨了这三类水的成因和溶质演化过程。结果显示：仙人洞三类水阳离子以Ca₂₊为主,阴离子以HCO_3-为主,水化学类型主要为Ca-HCO_3-型水;水化学指标和同位素信息揭示三类水均以大气降水补给为主,但岩溶水属于具有快速通道的深循环、长径流途径的水循环模式,而基岩裂隙水则属于浅表层循环模式。系列水化学图示和离子比值系数表明岩石风化作用、碳酸盐岩溶解和离子交换过程是影响这三类水组分演化的主要化学过程。     

颗粒介质表面再生区域形状研究

大块物体从山体上滚下时,山体结构将被破坏,其前方堆起的区域称为再生区域。为了认识该自然现象的形成机制,搭建了可调角度的三维颗粒介质槽,利用图片处理技术研究了球形物体在颗粒介质表面运动形成的再生区域形状与球尺寸的关系。实验结果表明再生区域形状呈类抛物线型,并与球尺寸有关,即形状长、半宽度最大值和面积均随着小球尺寸的增大而增大。分析认为,再生区域形成过程中有两种作用机制,即球与颗粒介质作用机制和介质与介质粘滞运动机制,并且前者作用略强于后者;同时发现在粘滞作用区域中,再生区域的形成过程是一种非牛顿流体的运动。