摘要：为使磁约束聚变堆实现能量放大与氚自持,在其等离子体区周围设置次临界包层和产氚包层。采用天然铀合金燃料、轻水作冷却剂兼慢化剂,内嵌压力管式的次临界包层设计方案,通过对包层物理性能、结构概念设计、热工水力性能和安全分析,表明该方案可将聚变能量放大10倍以上,氚增殖比大于1.15,具有天然的临界安全性和良好余热安全性能。立足于近中期可利用的聚变技术,力争实现聚变能源的提前商用,为我国能源可持续发展提供一种有竞争力的技术选项。

摘要：为了验证国际热核聚变堆(ITER)的产氚和能量获取等性能,各国分别提出了不同的实验增殖模块(TBM)设计方案。其总体功能相同,但具体技术路线有区别,不同之处包括冷却剂选择、产氚材料选择、中子倍增剂选择、产氚区布置形式、面向等离子体材料选择、结构材料选择等方面。通过对各TBM方案进行比较分析,评价了各自的优缺点,提出了未来先进产氚包层方案的设计建议。

摘要：聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和次临界能源堆,主要目标是生产电能。回顾了国内外混合堆的发展历史,给出混合能源堆设计的边界条件和约束条件,说明次临界能源堆以铀锆合金为燃料、水为冷却剂的设计思想。利用输运燃耗耦合程序MCORGS计算了混合能源的燃耗,给出了中子有效增殖因数、能量放大倍数和氚增殖比等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化,说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。论述了混合堆的热工设计并进行了安全分析。对于燃耗数值模拟程序,通过多家对算,保证其计算结果的可信性。针对次临界能源堆的特点,利用贫铀球壳建立了贫铀聚乙烯装置和贫铀LiH装置,并且专门设计加工了天然铀装置,开展铀裂变率、造钚率、产氚率等中子学积分实验,验证了数值模拟的可靠性。

摘要：先进裂变反应堆及聚变堆要求材料在高温高压、强中子辐照、长服役周期等苛刻服役环境下具有卓越的结构和性能稳定性。氧化物弥散强化(ODS)钢由于具有优异的耐高温及耐辐照性能成为第四代反应堆包壳及核聚变包层最有希望的候选材料。基于材料的中子辐照损伤特性,主要介绍了ODS钢的抗辐照设计及纳米第二相粒子的表征方面的研究进展。

摘要：有限元方法(finite element method,FEM)适应于复杂几何问题的数值计算,但目前反应堆物理有限元程序所采用的前处理(即几何建模和网格划分)方法繁琐抽象,较难应用于高维复杂结构。该文通过采用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)商业软件GAMBIT进行可视化自动建模和网格划分,并应用于自主开发的有限元三维中子扩散程序FEMND,实现了对高维复杂堆芯的直接准确模拟。该程序系统对二维和三维几何分别采用非结构三角形和四面体网格划分,采用不完全LU分解预优共轭梯度法求解代数方程组,可处理临界和含外源问题。通过多个理论模型和基准问题验证了程序的可靠性和正确性,表明有限元方法与CAD前处理相结合,可以充分发挥有限元方法的优势,实现对复杂结构堆芯的有效模拟。

摘要：基于国际热核聚变实验反应堆磁约束聚变-裂变混合能源系统次临界包层的物理-热工设计结果,提出了聚变-裂变混合堆次临界包层燃料区结构设计方案,包括纵骨支撑结构、燃料区结构和锆包壳结构。运用Pro/e建模软件建立了次临界包层燃料区结构模型,并利用ANSYS-workbench mechanical有限元分析软件对纵骨式支撑结构开展了初步力学分析,得到了燃料部件和纵骨式多层支撑结构的最大Tresca应力值、应力分布云图和总变形量,其中最大应力为87.04 MPa,最大变形量为0.17mm。按照第3强度理论校核,计算结果表明纵骨式次临界包层结构各部件能够满足强度要求。

摘要：液态锂铅合金可兼作中子倍增剂、氚增殖剂以及冷却剂,因此液态锂铅合金包层被认为是一种在示范堆(DEMO)或聚变电站中颇有应用前景的增殖包层设计。为了连续监测锂铅增殖包层模块中氚的输运情况,准确、快速测量液态增殖剂的产氚率,需要实时在线测量流动液态增殖剂中氢同位素的浓度。现有传感器都是通过一定手段测定液态金属中的氢分压,然后代入Sieverts定律计算氢同位素浓度,其中氢同位素溶解度系数与同位素浓度的准确测量息息相关。目前氢溶解度系数测量方法主要分为定容法和渗透法,各团队对锂铅合金中氢同位素溶解度系数的测定数值差异较大。一方面由于氢同位素在液态锂铅合金中的溶解度极低,实验误差的影响不可忽视;另一方面杂质效应也会导致溶解度系数的差异,来自空气、水、CO中的氧会引入到锂铅中形成Li_(2)O,而与氧的反应会消耗液态锂铅合金中的Li,使Li活性降低,进而降低氢同位素的溶解度,因此氧含量以及其他杂质的控制对于锂铅合金的实际应用至关重要。近几年已开发的液态锂铅中氢同位素在线测量传感器主要包括金属渗透窗传感器和固体电解质传感器。金属渗透窗传感器结构简单,可靠性高,研究者们主要从材料选择和器件结构优化等方面不断尝试,并取得了丰硕的成果。目前的研究证实了动态测量模式在液态锂铅中氢同位素浓度快速在线测量方面的可行性,需解决的问题是如何避免金属探头材料的氧化,保证长期工作的稳定性。固体电解质测氢传感技术相对成熟,但陶瓷材料韧性较差,测试时需要通入参考气体,并且在器件结构设计和材料选择方面要求更高。还有一些液态金属在线测氢技术,探头采用多孔陶瓷来收集气体,主要用于铝液中氢浓度的测量。对于液态锂铅合金测氢,仍需探索材料的发气性与锂铅材料的相容性,以及对锂铅中极低氢同位素浓度测量的可行性。本文首先论述了影响氢同位素在液态锂铅合金中溶解度的因素,然后综述了液态锂铅合金中氢同位素溶解度系数的研究进展,包括其原理和研究方法,讨论了不同方法测量数值的差异。此外,本文对在线测量液态锂铅合金中氢同位素浓度传感器的研究进行了概述。最后,对在线测量液态锂铅合金中氢同位素浓度传感器的器件优化和未来发展方向作出了评价。

摘要：重力支撑(GS)作为国际热核聚变实验堆(ITER)磁体支撑系统的关键部件,不但要承受环向场超导磁体净重以及交变的电磁载荷,同时还需隔离来自杜瓦环的热量以维持环向场超导线圈的热稳定性。本文通过有限元分析和工程测试验证了GS结构设计的可靠性;通过换热分析和真空热交换效率测试验证了热锚连接结构的可靠性;通过全尺寸螺栓77 K疲劳测试验证了螺栓原型件的疲劳性能。在随后的制造过程中,使用液压拉伸器和研制的高精度螺栓伸长量测量装置对所有的螺栓进行了均匀、精确地紧固。真空正压氦检漏的测试结果证明了GS的泄漏率远低于ITER的要求。基于以上工程测试的结果,本文设计的GS的结构是可行的且能运用于ITER装置中。

摘要：为解决中国聚变工程实验堆316L不锈钢焊缝超声波检测时,探头扫查空间受限、检测信噪比低的难题,提出了基于双晶面阵探头的相控阵超声检测方案.通过CIVA仿真,分析了不同聚焦参数下DMA探头的声场特征,确定对接接头的检测工艺.参考NB/T47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分:超声检测》附录I,设计并制作了对比试块,验证了检测工艺下的声束覆盖和Φ2 mm侧横孔信噪比.结果表明,DMA探头可以在有限的扫查空间内实现焊缝声束全覆盖,对比试块中不同位置的Φ2 mm侧横孔信噪比大于15 dB.试验结果可为316L类不锈钢对接焊缝相控阵超声检测工艺制定提供参考.

摘要：聚变中子源驱动次临界系统具有系统结构复杂、中子能谱跨度大等特点。借鉴传统反应堆2步法的基本思想,开发适用于次临界系统设计计算的中子学分析软件——NAPTH。NAPTH的组件计算由DRAGON4程序完成,堆芯计算使用MCNP程序的多群功能完成。验证结果表明,NAPTH对IAEA ADS基准题的计算结果和其他国家的计算结果符合很好;对于压力管式聚变裂变混合堆,程序具有较高的计算精度和计算效率,适合压力管式混合堆的设计计算。