氚的生产

在裂变堆中生产氚产生氚的途径有多种,但具有实际生产价值的是在裂变堆和聚变堆中生产氚。利用~6Li(n,d)T 核反应,是目前生产氚的基础。一般是采用金属锂、锂合金、熔融状态锂无机化合物和固体锂无机化合物作为制取氘的材料放进反应堆内进行照射。表     

氚的各种来源(下)

【美国《核安全》1981年9—10月第612页报道】目前世界上除轻水堆和重水堆以外,尚有其它一些堆型,它们也都释放氚。高温气冷堆每年释放氚的总量为7.8×10~9—3.1×10~(10)贝可/兆瓦(电)年。其中,84—97%以氚化水形式释出,2—8%以氚化水蒸汽释放,0.6—8%以氚气形式释放。这种堆氚的产生主要是燃料的三裂变,以及~3He 和锂杂质的中子活化。液态金属快     

聚变-裂变混合堆的氚工艺问题

文章描述了聚变堆和聚变-裂变混合堆的氚工艺问题。根据聚变堆和聚变-裂变混合堆的特点讨论了对包层氚增殖材料的要求,列举了几种可作氚增殖的合理材料特性。给出了几种从包层提取氚和从废聚变燃料中回收氚的方法。最后对混合堆的氚安全及防护问题进行了讨论。     

聚变堆氚材料衡算测量系统研究初探

氘(D)-氚(T)聚变是目前聚变研究的主要对象,也是未来最可能首先实现工程应用的聚变反应。氘氚聚变反应堆在消耗大量氚的同时,需要依靠锂-6增殖足够的氚来实现氚燃料自持。在国内,氚和浓缩锂-6都属于核材料,按照国家核材料管制条例要求,使用和生产核材料须建立核材料衡算系统。为此,本文针对液态包层聚变堆方案,简要归纳了聚变堆系统氚的物料流动和平衡特点,提出了聚变堆氚材料衡算系统的初步方案,包括平衡区划分、关键测量点设置、衡算测量方法和分析技术难题等。     

氚监测与防护进展

氚是一种重要的放射性同位素。为了寻找替代传统石化燃料的新能源,各国都在努力发展核能,裂变反应堆现在几乎遍布世界各地,它们每时每刻都在产生和释放着氚。由于氚具有广泛的用途,各种各样的含氚商品已大量投入市场。特别是随着聚变堆的研究和发展,氚的产量、利用及释放量必将更加增加。面对这种情况,关于氚的生产、利用、防护及控制等     

贫化铀、贫化铀/氢化锂组合装置的泄漏中子能谱

建立了贫化铀和氢化锂球壳的聚变裂变混合能源堆的包层模拟装置.在PD300氘氚中子发生器直流运行模式下,用BC501A液体闪烁体探测器在0 °方向测量贫化铀和贫化铀/氢化锂球壳组合装置的DT中子轰击下的泄漏中子能谱(0.75-16 MeV),并用MCNP5程序和ENDF/B-VI数据库对装置进行模拟计算其泄漏中子能谱,两...     

FEB-E氚泄漏分析

由于氚本身非常昂贵而且氚的泄漏将造成环境污染,因此氚的控制对D-T加料的聚变堆来说是非常重要的问题。通常规定聚变堆环境周围总的氚泄漏率应<3.7×10~(11)Bq·d~(-1)。在聚变实验增殖堆FEB-E设计中采用高压氦气冷却,液态锂作氚增殖剂,因而氚与增殖材料之间具有强的化学亲合力。在正常工作条件下,     

聚变-裂变混合堆水冷包层中子物理性能研究

研究直接应用国际热核聚变实验堆（ITER）规模的聚变堆作为中子驱动源，采用天然铀为初装核燃料，并采用现有压水堆核电厂成熟的轻水慢化和冷却技术，设计聚变-裂变混合堆裂变及产氚包层的技术可行性。应用MCNP与Origen2相耦合的程序进行计算分析，研究不同核燃料对包层有效增殖系数、氚增殖比、能量放大系数和外中子源效率等中子物理性能的影响。计算分析结果显示，现有核电厂广泛使用的UO₂核燃料以及下一代裂变堆推荐采用的UC、UN和U₉₀Zr₁₀等高性能陶瓷及合金核燃料作为水冷包层的核燃料，都能满足以产能发电为设计目标的新型聚变 裂变混合堆能量放大倍数的设计要求，但只有UC和U₉₀Zr₁₀燃料同时满足聚变燃料氚的生产与消耗自持的要求。研究结果对进一步研发满足未来核能可持续发展的新型聚变-裂变混合堆技术具有潜在参考价值。     

多管干燥器的性能及其在甄别式氚监测仪上的应用

从辐射防护的观点考虑,由于气态氚(HT)和氚化水蒸气(HTO)具有不同的辐射危害,在裂变堆、氚处理设施和聚变堆实验装置的现场防护中,应对不同形态的气载氚浓度分别进行测定。近十年来国外广泛使用了选择性渗透膜技术,将HTO从HT和其它放射性气体中分离出来,实现对不同形态氚的实时连续监测。本文主要介绍一种多管干燥器分离水蒸汽的特性及其在甄别式氚监测仪上的应用。     

液态锂铅合金的氚释放行为

为了完成聚变堆液态锂铅包层鼓泡提氚系统的工程设计和建造,以金属与氢的作用理论为基础,建立了氚从液态锂铅中的动力学释放行为的数学模型.计算和分析了温度、饱和器氚分压、氦流量对解吸器顶部气相中的氚分压的影响以及氚在液态锂铅中的传质系数、解吸率和吸附率.结果表明:在633～723 K的解吸温度范围内,氚从液态锂铅到气相的整个释放过程虽然包含了氚在熔融合金气泡中的扩散与对流、氚通过与气-液界面相连合金层的扩散、在界而发生的氚原子重组多相反应、氚通过气相边界层的扩散和气相中氚的扩散与对流5个子过程,但起决定作用的是氚在合金内的扩散和气.液界面的多相反应重组,其他子过程意义不大.     

聚变-裂变混合堆设计研究

利用MCNP5和MONK9A程序对聚变驱动裂变混合堆进行了初步研究,在等离子体第1壁外侧依次包覆长方体形状的燃料组件和产氚组件,形成裂变堆芯包层和产氚区.对分别装载贫铀、天然铀、贫铀MOX和天然铀MOX等4种燃料的混合堆进行了研究分析,其中,后两种燃料在整个运行寿期内的功率放大倍数和氚增殖比满足设计要求.通过随燃耗变化的同位素含量分析,初步探讨了混合堆的铀-钚燃耗循环策略.     

压水堆3H源项计算分析

对压水堆中氚的产生和消减机理进行了研究。根据一回路冷却剂中氚的代谢机制建立氚计算模型,分析了压水堆各途径对氚的产生量贡献及⁷Li纯度对锂产氚量的影响。结果表明：计算模型详细考虑了产生氚的核素随时间的衰减变化,计算的氚产生量为52.08 TBq/a。压水堆一回路冷却剂中的氚主要来源于可溶硼的中子活化反应、铀核的三元裂变,对氚产生量的贡献达90%以上,⁷Li纯度为99.9%时锂产氚量占总量的7.45%,其他途径对氚的产生量贡献很小,可忽略。锂产氚量的贡献随着⁷Li纯度的升高而线性减小。研究结果可为压水堆氚源项的计算提供参考。     

堆内辐照氚增殖剂球床有效热导率分析

氘-氚聚变反应堆中,固态氚增殖剂包层能不断为聚变反应提供氚核素,是实现聚变反应堆商用的关键技术之一。由锂陶瓷小球堆积形成的球床形式的固态氚增殖剂包层具有比表面积大、产氚效率高等优点,是我国重点发展的氚增殖剂包层形式。氚增殖剂球床须能支撑在堆内辐照时的高温环境,这就要求氚增殖剂球床有较好的导热特性。球床的有效热导率在球床设计和辐照过程中的安全分析十分重要,因此在中国先进研究堆(CARR)开展了氚增殖剂球床在堆内辐照环境下的有效热导率测量实验。根据MCNP计算得出的球床发热功率,结合实验测量的球床温度分布反推得到氚增殖剂球床的有效热导率,并与广泛应用于球床有效热导率计算的改进型ZBS模型计算结果以及堆外实验结果进行对比分析,理论值与实验值能较好吻合。     

美国“不两用”核政策的消亡

【美国《原子科学家》2004年1～2月刊报道】与美国其他商用核反应堆一样,田纳西流域管理局(TVA)旗下的瓦茨巴核电厂也为其商业和民用客户提供大量能源。但从2003年10月开始,该电厂却变得与众不同了:该反应堆的堆芯被插入了许多12英尺长像铅笔一样粗细的细棒,随着堆芯裂变反应的不断进行,这些细棒中的锂慢慢转变成了氚。氚是一种很重要的核武器材料,特别是在把原子弹变成威力更大的氢弹时。由于每年将有5.5%的氚因衰变而发生损失,因此,氚是美国惟一一种需要定期“补足”以保持正常战备状态的核武器材料。近20年来,自产氚堆出于安全原因而关…     

堆内辐照氚增殖剂球床有效热导率分析

氘-氚聚变反应堆中，固态氚增殖剂包层能不断为聚变反应提供氚核素，是实现聚变反应堆商用的关键技术之一。由锂陶瓷小球堆积形成的球床形式的固态氚增殖剂包层具有比表面积大、产氚效率高等优点，是我国重点发展的氚增殖剂包层形式。氚增殖剂球床须能支撑在堆内辐照时的高温环境，这就要求氚增殖剂球床有较好的导热特性。球床的有效热导率在球床设计和辐照过程中的安全分析十分重要，因此在中国先进研究堆（CARR）开展了氚增殖剂球床在堆内辐照环境下的有效热导率测量实验。根据MCNP计算得出的球床发热功率，结合实验测量的球床温度分布反推得到氚增殖剂球床的有效热导率，并与广泛应用于球床有效热导率计算的改进型ZBS模型计算结果以及堆外实验结果进行对比分析，理论值与实验值能较好吻合。     

Li4SiO4陶瓷球的研制

产氚包层是聚变堆的关键系统，其设计与研发是我国参与ITER计划的重要研究领域。氦冷／固态氚增殖剂产氚包层采用锂陶瓷材料，目前，国际上最为关注的是具有较为优异和全面氚增殖特性的LinSiO4和Li2TiO3等。     

裂变-聚变中子源

为适应聚变堆的发展和处理高放废物的需要,提出裂变-聚变中子源的概念,它是采用LiD组件放在高通量反应堆中或中国先进研究堆(CARR)重水区中,通过慢中子与6Li(n,a)反应产生2.739 MeV氚离子,它与LiD中的D发生聚变反应,产生聚变中子;随着LiD中氚的快速积累,14 MeV 中子产生的D反冲粒子流与氚发生聚变反应,增长聚变中子产额,使 14 MeV 中子注量率逐渐升高.当氚浓度接近0.5×1022时,D反冲粒子流与氚的聚变反应率的产额接近于1,聚变中子将成倍的增长,类似于连锁反应,使聚变中子产额达到饱和,即t时刻产生氚,都被用于产生聚变反应,形成裂变-聚变中子源.这时的通量非常高,必须在接近饱和前对设定的通量(如3.5×1014n/cm2·s)下逐步降低反应堆功率,如降低CARR 中子注量率,使其在设定的通量下达到饱和,适应聚变堆中子注量率的需求.论述了裂变-聚变中子源的原理,聚变中子产生率,氚的积累速率和浓度,D反冲粒子流和与氚的聚变反应速率,以及其影响因素.在均匀中子场下(即不考虑中子降抑的情况下)计算了外径180 mm、内径100 mm的LiD管道中聚变中子注量率.     

单斜相偏锆酸锂陶瓷氚增殖材料研究

单斜相偏锆酸锂是聚变堆中最有前途的氚增殖材料之一。该材料具有较高的锂原子密度和优异的氚释放行为，成为近年来最受重视的陶瓷氚增殖材料。在Ｌｉ２Ｏ－ＺｒＯ２二元系中，存在九种不同的锆酸锂相，因此制备单一相的锆锂陶瓷十分困难。本文作者以干法制备工艺为基础，从热扩散的角度分析了Ｌｉ２ＺｒＯ３的形成机理，改进了制备工艺，成功地制备出了单斜相Ｌｉ２ＺｒＯ２陶瓷材料粉末样品。     

对D-D聚变系统的探讨

现在正开始探索一些新的聚变堆设计方案。电力研究所(EPRI)的第二个年度报告(EPRI-ER-919)——高效率的新型燃料聚变堆的探索研究——探讨了这些可能有前途的系统。对于第一代聚变堆来说,公认的燃料是氘一氚[T(d,n)~4He+17.6兆电子伏],这就带来了一些问题:首先,要生产氚就需要在增殖区里含有锂,这就增加了工程上和环境保护上的复杂性;其次,高中子通量会引起     

聚变-裂变混合能源堆球模型参数敏感性分析

在聚变-裂变混合能源堆球模型基础上,使用蒙特卡罗方法中子学程序对中子源、铀水体积比、产氚区等相关参数进行了中子学的敏感性计算。分析了各参数对混合能源堆能量放大倍数M和氚增殖比TBR的影响,并总结其基本规律,为开展进一步的混合能源堆概念设计提供了重要参考。