摘要：针对中国聚变工程实验堆(CFETR)高参数等离子体约束要求,其纵场(TF)混合磁体的设计方案为采用三种不同性能的超导导体绕制,峰值磁场可达14.43T,最大应力超过700MPa。该文结合CFETR纵场磁体面临的稳态以及瞬态热负荷条件,系统分析混合磁体中高性能Nb3Sn四饼线圈在不同扰动长度及扰动时间工况下的稳定性温度裕度和能量裕度,并对背景场强度及有效应变等因素对稳定性裕度的影响进行讨论。结果表明,高性能Nb3SnCICC导体在峰值磁场及-0.7%^-0.5%有效应变预计区间内拥有2.0K以上的温度裕度;但极端条件(B=14.43T,ε=-0.7%)下的电磁扰动(Lp=10m,tp=100ms)对应导体能量裕度仅有11.41mJ/cc,局部恶劣工况下导体能量裕度下降严重的问题亟待解决。针对高场区单饼线圈在典型扰动下行为的计算表明,典型机械扰动(Lp=0.1m,tp=1ms)引起的失超能够在5s内使导体热点温度升高至接近120K,这对磁体失超保护系统提出了较高的要求。

摘要：中国聚变工程试验堆(CFETR)是中国下一代全超导托卡马克装置,低温泵因其抽速大且能获得清洁无油高真空环境的特点被选为主真空室抽气设备。针对低温泵因故障而导致整个堆停运的问题,提出一种全新的双阀门结构低温泵设计方案。新设计主要包含双阀门泵体设计、可分离前阀门设计及密封部件设计,并对新设计关键部件密封推杆和前阀门进行了受力分析,模拟结果初步验证了设计方案的可行性。

摘要：磁约束聚变能源具有安全、经济和环境友好的优点,是未来理想的战略能源,可为“双碳”目标的实现做出重大贡献。磁约束聚变是利用磁场将氘和氚燃料以等离子体的形式约束并发生聚变反应,被认为有希望彻底解决人类的能源问题,也是中国核能发展的长远目标。当前中国正在积极参加国际热核聚变实验堆(ITER)的建设,支持国内ITER专项的物理和工程技术研究,在吸收和消化ITER经验的基础上,自主设计以获取聚变能源为目标的中国聚变工程试验堆(CFETR)。聚变能源开发难度很大,机遇和挑战并存,需要长期持续攻关。

摘要：离子回旋加热是用以维持聚变堆实现长脉冲、高功率稳态运行重要的加热手段之一。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的离子回旋加热天线将经由一个上窗口引入,其天线发射前端将占据一个包层的位置。由于天线直接面对等离子体,受高通量中子辐照,因此需要评估天线的辐照损伤;另外,天线内部存在大量空隙,造成中子泄漏,对后部真空室、线圈等部件造成辐照影响,因此需要评估其屏蔽性能,支撑屏蔽设计。基于22.5°扇段的水冷包层CFETR模型,用cosMCNP软件将CAD模型转为中子学模型,使用MCNP5粒子输运程序和FENDL-2.1数据库,通过全局减方差(Global Variance Reduction,GVR)“onthe-fly”减方差方法,开展离子回旋加热天线核分析。计算了天线主要部件辐照损伤和核响应,包括中子通量、平均原子离位(Displacement Per Atom,DPA)、气体产生率和核热密度等,为后续天线冷却系统的设计和寿命评估提供数据;获得引入天线后相应位置的真空室、窗口以及纵场线圈的中子辐照损伤,以评估屏蔽是否满足需求。此外,天线占据包层位置,将导致氚增殖比(Tritium Breeding Ratio,TBR)降低,由原始的1.151降至1.147,降低0.35%。

摘要：中国聚变工程试验堆CFETR(China Fusion Engineering Experimental Reactor)磁体系统中的环向磁场TF(Toroidal Field)导体,其铠甲采用外方内圆结构,服役条件恶劣,质量要求等级为一级。针对TF铠甲异型结构,开展超声相控阵仿真与实验研究。首先采用CIVA仿真软件中的超声模块对TF铠甲进行了声场模拟与缺陷检测,设计了四种不同类型的探头。探头中心频率为2.5和5 MHz,阵元数目分别为32和64。确定其聚焦法则,并对该聚焦法则下声场分布及人工反射体进行模拟仿真。根据仿真结果,采用ZETEC/TOPAZ64超声探伤仪对试块人工刻伤进行检测,缺陷检出率高,验证了CIVA仿真结果的有效性。