摘要：开发安全、清洁的核聚变能,最终解决人类能源危机是聚变科学与技术研究的终极目标. 21世纪初启动建设的国际热核聚变实验堆(ITER)项目,促使聚变能开发朝商业应用迈进了一大步.具有ITER类似结构的托卡马克(Tokamak)磁约束聚变装置开展的等离子体放电实验,成为了现阶段聚变能开发研究的焦点.中国科学院等离子体物理研究所自主设计、建造的全超导托卡马克EAST,面向未来聚变反应堆关键的工程与物理问题开展了大量的探索研究.其中,在关于聚变反应堆能否经济实用地投入商用发电的高约束稳态运行实验研究方面,取得了一系列重大突破.继2012年实现400 s低约束模长脉冲运行、验证系统长脉冲运行能力之后, 2017年EAST又刷新了高约束模等离子体放电运行时间的世界纪录,成为首个具备100 s量级高约束模准稳态运行能力的托卡马克装置,并且首次触及到了磁约束聚变等离子体中最长的时间尺度——粒子平衡时间.为面向反应堆燃烧等离子体第一壁高热负荷承载,高约束边界局域模抑制以及长时间稳态运行控制的工程与物理问题的开拓研究,提供了国际磁约束聚变界最好的实验平台.现已在EAST上开展了钨铜水冷偏滤器、锂化第一壁、射频波电流驱动、弹丸注入、精确磁面位形控制、边界局域模和高热负荷缓解等一系列相关实验,并取得了重要的研究进展.

摘要：确保核安全是未来聚变堆设计、建造和运行过程中必须坚持的最高原则,是聚变堆获得建造和运行许可的前提条件,也是聚变能得以吸引公众的主要理由之一。聚变堆具有高能中子、大量放射性氚、复杂结构、极端服役环境等特点,具有独特的潜在安全问题,因而必须开展针对性研究。本文将从聚变中子与放射性源项、热流体与能量传输、氚安全与环境影响、可靠性与风险管理、安全理念与公众接受度五个方面分别总结其安全特性,系统梳理其关键技术挑战,为建立聚变安全评价体系提供技术支持,进而服务于未来聚变堆的设计与建造。

摘要：聚变堆的安全性是聚变堆可靠性分析必须考虑的重要因素,可靠性指标是可靠性分析的基础和前提。传统可靠性指标的分配过程没有与部件的安全性挂钩,一方面会造成某些安全重要部件的可靠性指标分配的较低,产生安全隐患;另一方面会造成某些无关安全部件的可靠性指标分配的较高,浪费资源,从而对聚变堆可用性产生不利影响。本文根据聚变反应堆的特点,提出了一种基于风险指引技术的分配方法,从聚变堆危害剂量与允许频率出发,将聚变堆总体的可靠性指标分配到各个系统,再分配到系统中的部件。该方法可为聚变堆可靠性指标体系的建立提供技术支持,并可为安全设计要求与监管要求的确立提供理论依据。

摘要：中国聚变工程实验堆(CFETR)是正在设计的聚变反应堆。利用蒙特卡罗粒子输运模拟程序MCNP,针对初步设计的以正硅酸锂(Li4SiO4)和钛酸锂(Li2TiO3)为增殖材料的两种固态水冷包层中子学特性进行了计算和分析。通过对不同模型包层氚增殖比、中子壁负载和核热沉积的计算结果的对比分析可知,包层材料和其设计是影响包层中子学性能的主要因素之一。

摘要：电子光学软件Egun是用于计算二维静电场和静磁场状态下电子轨迹的专业软件。它在设计Pierce电子枪等电子光学系统方面比较成功,而且计算速度快,至今仍被广泛应用。Egun在真空电子器件的模拟仿真中,对设计的电子光学系统电子注层流特性的评估,仅能通过对电子轨迹的观察来判断其层流性的好坏,该软件并没有给出定量的评估指标参数,且对设计参数的修改十分繁琐,缺乏自动优化功能,极大地影响了Egun优势的发挥。本文提出了交叉率和波动率评估指标来衡量电子注的层流特性并开发了一套自优化软件。模拟仿真结果表明:交叉率和波动率可以准确地定量评估电子注层流特性的好坏;根据模拟仿真分析,当电子注交叉率低于3%且波动率低于30%时,电子注的层流特性可以满足设计需求。层流特性评估指标—交叉率和波动率也为电子光学系统自动优化寻找最佳参数值提供了目标评估参数,极大地减少人员和物力的消耗。

摘要：基于Seya-Namioka结构200mm焦距可换光栅,研制了HL-2M真空紫外(VUV)光谱诊断光谱仪。该系统在300~3000A的真空紫外光谱范围具有较高的探测效率,时间分辨优于1μs。经过结构设计、光谱标定和安装调试,单通道VUV光谱仪已成功安装在HL-2M装置中平面窗口。在HL-2M装置初始放电实验中,利用该系统测量到C、O、N等杂质的多条特征谱线,展现出优秀的信噪比和高灵敏度。

摘要：核能系统物项安全分级是划分其抗震等级、设计规范等级以及质保等级的重要基础。国际原子能机构(IAEA)于2014年发布了《Safety Classification for Systems,Structures and Components of Nuclear Power Plant》(***-30)。相比传统定性的安全分级方法(IAEA在1979年发布的No.50-SG-D1),SSG-30方法根据物项类型和失效后果等标准进行量化分级。本文根据SSG-30的分级导则,研究其在中国氦冷固态增殖实验包层模块系统(China Helium Coolant Ceramic Breeder Test Blanket Module System,CN HCCB TBS)物项安全分级中的初步应用,可为后续聚变能系统物项安全分级奠定基础。

摘要：介绍了通过在水循环冷却系统中设计不同方式的增压回路,达到负载大流量冷却的要求。串联方式的增压回路可以闭合循环运行,按程序冷却,提供2.5 MPa、320m3/h的冷却循环水;并联方式的增压回路稳态运行时,可分别提供1.2 MPa、170m3/h和2.5 MPa、150m3/h的冷却水。通过旁路调节循环水流量,使增压回路可在不同冷却模式下运行,满足多种工况对冷却水的需求。增压回路在冷却系统中的应用可为处理发热负载的能量交换提供参考,为后续更大流量冷却系统的设计积累经验。

摘要：采用快速集成模拟软件METIS完成了CFETR1GW稳态反剪切运行模式的设计。该反剪切运行模式由40MW离轴电子回旋电流驱动(ECCD)与60MW的离轴中性束电流驱动(NBCD)所实现,获得了稳定的安全因子剖面,其在ρ=0.52处具有最小安全因子q_(min)=3.1,从而可避免危险的m/n=2/1、3/2、5/3的新经典撕裂模(NTM)。此外,本文还分析了Ar杂质粒子的含量对此稳态反剪切模式约束性能的影响。

摘要：高性能高温超导带材在大型超导磁体装置上的应用已成为一种趋势,由于存在失超传播速度缓慢、失超检测信号微弱等不足,对失超保护设计提出很大挑战。本文基于液氮浸泡式双保护层的高性能ReBCO带材失超传播特性,采用一维热平衡方程建立失超传播速度的数学模型,通过增加失超源,检测热点温度与电压信号,探究液氮浴环境下的ReBCO带材在传输电流等不同参数下失超传播速度和最小失超能量的变化规律。结果显示:相同条件下,高温超导带材的失超传播速度与传输电流成正相关,最小失超能量与传输电流成负相关,且相比无保护层的普通高温超导带材,具有双保护层的高性能ReBCO临界电流和触发裕度均有提升。