聚变发电反应堆双冷液态锂铅包层活化分析和废料处理

使用中子学程序系统VisualBUS以及相应的数据库HENDL1.0/MG对聚变发电反应堆双冷液态锂铅包层中各部件活化特性进行了计算和分析,包括包层各部件在停堆后不同时间处的衰变余热、活性、剂量率和潜在生物危害,并在此基础上参照欧洲聚变堆安全和环境评估(SEAFP)策略中有关核废料处理标准评估了受到中子辐照后的包层各区材料在退役后的核废料处理工作,包括核废料应该或者可能采用何种方式进行处理及其被完全清除干净的可能性。     

聚变发电反应堆双冷液态锂铅包层模块结构设计与分析

给出聚变发电反应堆FDS Ⅱ模块式液态锂铅包层(DLL)结构方案,以低活化马氏体(RAFM)钢为结构材料,采用液态金属LiPb作为增殖材料和冷却剂,使用碳化硅流道插件作为电绝缘和热绝缘。包层的设计特点体现在:从增殖区、冷却剂流道、屏蔽包层、母管、机械连接、维修装配等几个方面全局考虑包层设计,结构布置完整;独有的“”形隔板设计使氦气冷却回路容易实现,增殖流道简单,可简化制造工艺,提高可靠性。同其他液态锂铅包层相比,DLL包层在冷却剂系统、制造、装配上可成就较高的可行性。     

聚变发电反应堆双冷液态锂铅包层氚增殖中子学分析研究

针对聚变发电反应堆(FDS Ⅱ)双冷液态锂铅(DLL)包层进行了中子学设计与分析,设计主要的原则是满足聚变堆的氚自持,并在此基础上,分析计算DLL包层核热分布。中子学一维优化分析使用的程序是自主开发的多功能中子输运/燃耗/优化程序VisualBUS1.0以及相应的数据库HENDL1.0/MG。基于二维模型进行校核计算所使用的程序为MCNP4C,相应的数据库为FENDL 2/MC。     

聚变发电反应堆双冷锂铅包层热工水力学设计与分析

依据结构设计和中子学计算结果给出了聚变发电反应堆FDS-Ⅱ双冷锂铅(DLL)包层热工水力学设计方案。采用数值计算软件对液态金属增殖区LiPb流场和第一壁热-结构等进行了模拟,并对功率转换系统的热效率进行了计算。通过分析评估,证实该包层热工水力学方案能较好地实现FDS-Ⅱ聚变发电反应堆预期目标。     

聚变发电反应堆双冷锂铅包层液态金属流动MHD效应计算与分析

对液态金属LiPb流体在规则直管和异形管内流动的磁流体动力学(MHD)效应问题进行了理论分析和数值模拟,并给出这两种情况下的压降和功耗比。在此基础上,对FDS-Ⅱ的双冷液态锂铅(DLL)包层模块的MHD压降和功耗进行计算分析,并给出关键流道(直管和典型异形管)和全模块的数值模拟结果,为包层的结构和热工水力设计提供参考。     

聚变发电反应堆双冷锂铅包层结构温度和应力计算分析

使用有限元程序对聚变发电反应堆FDS-Ⅱ双冷锂铅包层结构进行数值模拟,依据结构设计、热工水力学参数和中子学计算参数,给出对应包层结构温度场和应力场分布,同时分析了液态金属LiPb碳化硅流道插件的温度、应力及变形。依据温度场和应力场模拟结果,对FDS-Ⅱ双冷锂铅包层设计方案在等离子体稳态运行条件下进行可行性分析。     

具有双冷液态锂铅包层的聚变动力电站经济性初步分析

利用聚变系统分析软件SYSCODE对具有双冷液态锂铅包层的聚变动力电站(FDS-Ⅱ电站)经济性进行了计算和分析。采用包层材料预期价格,对成本进行了计算,同时分析了成本与工程参数及包层材料价格不确定性因子的关系,为进一步改进FDS-Ⅱ设计提供参考。     

聚变高温制氢反应堆锂铅包层结构力学分析

在高温液态锂铅包层结构设计、热工水力学设计和中子学计算基础上,建立包层的三维有限元分析模型,应用商用有限元软件ANSYS对高温液态包层进行热-力结构耦合分析与应力评定。经计算第一壁材料ODS RAFM钢最高温度635℃,最大Von Mises应力379 MPa;包层结构材料RAFM钢最高温度508℃,最大Von Mises应力175 MPa;FCI材料最高温度950℃,最大Von Mises应力218 MPa。初步的分析结果表明结构设计方案是合理、可行的。     

聚变发电反应堆概念设计研究

在广泛分析聚变能相关领域研究发展状况和国际热核聚变实验堆(ITER)物理与技术基础上,提出了一个考虑了技术可行性的聚变发电反应堆概念(称之为FDS Ⅱ)。这个概念具有ITER参数适量外推的等离子体物理与技术水平的聚变堆芯和具有发展潜力的液态锂铅氚增殖包层,在对这个概念进行中子学、热工水力学、力学、安全与环境影响和经济学等一系列计算分析的基础上,给出了初步的概念设计和进一步设计优化的共性原则。     

基于D-T聚变中子源的双功能液态铅锂包层中子学实验

中国双功能锂铅包层(Dual Functional Lithium-Lead,DFLL)是由中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所设计的用于聚变反应堆的液态包层.由于聚变反应堆氚增殖包层的设计高度依赖于中子计算,为验证DFLL包层设计中所使用的核数据库和仿真软件,建立了DFLL包层实验模块,并基于D-T聚变中子...     

聚变堆液态金属锂铅包层多功能涂层研发

液态金属锂铅包层是目前国际上聚变堆包层设计研究的主要方案之一,结构材料表面制备涂层是降低锂铅包层中的氚渗透率、液态锂铅腐蚀及磁流体动力学(MHD)效应的重要技术之一.本文主要从涂层材料及其制备工艺两个方面重点介绍了国内外在液态锂铅包层涂层材料研发方面的进展概况,并对涂层技术发展进行了展望,最后提出了中国发展液态锂铅包层涂层的规划建议.     

基于中国聚变工程试验堆的双功能液态铅锂包层活化分析和废物处理

使用中子输运设计与安全评价软件系统(SuperMC)和聚变评价数据库JEFF3.2,根据中国聚变工程试验堆(CFETR)第一阶段设计要求,对双功能液态铅锂包层中各部件的活化特性进行计算和分析。采用燃耗输运耦合方法计算了聚变堆赤道面内、外包层中各部件放射性活度、衰变余热、剂量率和潜在生物危害随停堆冷却时间的变化,并根据欧洲聚变堆安全和环境评估策略中核废料处理标准,分析了聚变堆退役后氚增殖包层的废料处理问题。分析结果表明:在功率200 MW时正常运行10 a条件下,包层中各部件在经过50 a冷却后均可达到简单回收标准,满足CFETR第一阶段放射性废物处理要求。     

ITER双功能液态锂铅实验包层系统PIE-PIT分析

ITER要求各参与国的实验包层模块在实验前必须提交安全分析报告(含确定论分析和概率论分析),进而获取安全许可证.结合中国双功能锂铅实验包层模块的具体特点,采用了假设始发事件-潜在影响表(PIE-PIT)分析方法对DFLL-TBM进行了安全评估与分析,已验证确定论安全分析所选择的三个参考事件是否可包络PIE-PIT分析得到的严重事故序列.     

聚变实验堆ITER实验包层瞬态热工安全分析

在中国向ITER(International Thermonuclear Experiment Reactor)实验包层工作组提交的双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计分析的基础上,通过对DFLL-TBM系统相关的瞬态事故如真空室内部冷却剂泄漏、TBM(实验包层模块)内部冷却剂泄漏以及真空室外部冷却剂泄漏事故进行计算分析,评价DFLL-TBM对ITER在热工方面对安全的影响.结果表明:当发生瞬态事故时,DFLL-TBM有能力通过热辐射将余热排出,且包层结构不会熔化.DFLL-TBM可满足ITER在热工方面对安全的要求.     

聚变裂变混合发电堆水冷包层热工水力学设计分析

一种以能量倍增为目标的聚变裂变混合发电堆(FDS-EM)概念已被提出,FDS-EM初步设计为可以产生约1.0 GW的电功率,并能实现氚自持。本文对FDS-EM水冷包层进行了热工水力学设计与分析。设计采用了压水堆的成熟技术,并给出了典型的热工设计参数,通过对典型参数下包层的数值模拟分析,得出了温度场和应力场分布,初步证明了设计的工程可行性。     

聚变裂变混合发电堆水冷包层中子学设计分析

主要针对聚变裂变混合发电堆FDS-EM水冷包层的能量倍增因子M和氚增殖率TBR等中子学参数进行优化计算。FDS-EM包层主要设计目标是在氚自持的基础上获得约1 GW的电功率,并且尽可能长时间连续运行不换料。通过初步设计分析给出一个使用核废料(压水堆卸出的废料钚、锕系加上贫铀)作为裂变燃料,能够实现氚自持、能量倍增因子约为90等设计目标,且连续运行至少10年不换料的中子学方案。     

球床包层聚变—裂变混合堆热工安全分析

球床包层混合堆与板状元件包层混合堆相比较，前者在核燃料生产和安全方面可能具有更多的优越性。本应用ＴＨＥＲＭＩＸ程序和辅助程序对我国开发的托卡马克堆芯氮气冷却球床包层聚变－裂变合堆的包层进行了热工计算。计算中考虑了不同的燃料球材料及稳态，卸压和断流事故工况。计算结果表明，只要选用合适的燃料球材料和设置适当的控制保护系统，具有快速卸料罐的托卡马克堆芯氦气包层聚变－裂变混合堆的概念设计在安全上的可行的。     

ITER双功能液态锂铅实验包层系统故障模式影响分析

实验包层模块允许放置在ITER中实验的前提是其对ITER的安全以及对工作人员和环境不构成显著影响。ITER要求各参与方的实验包层模块在实验前必须提交安全分析报告,进而获取安全许可证。在中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计基础上,采用了故障模式影响分析(FMEA)方法对DFLL-TBM进行了安全评估与分析,得到所有可能导致严重后果的假设始发事件,验证了确定论安全分析所选择的三个参考事件可以包络所有的假设始发事件。     

液态金属反应堆湿式燃料贮存桶内部事件概率安全分析

液态金属冷却剂在给反应堆带来运行安全与热效率优势的同时,也给反应堆带来了复杂的换料系统,其中大型液态金属反应堆采用的湿式乏燃料贮存桶是乏燃料卸料过程的核心设备,临时装载了大量的乏燃料组件,具备一定的安全风险。本文采用概率安全分析（PSA）方法对乏燃料贮存桶进行风险评价,通过运行状态分析、始发事件分析、事故序列分析以及简单的定量化,初步获得其导致乏燃料组件发生损伤的事故序列和最小割集,识别了关键系统与设备。结果表明,相对于反应堆本身的风险,乏燃料贮存桶本身风险虽低但依然不可忽略,且风险评价结果对反应堆的运行方式以及清洗系统的可靠性较为敏感。此外还对该系统的设计改进与安全优化进行了讨论。     

双功能液态锂铅包层氚增殖性能分析

双功能液态锂铅(DFLL)包层作为一种高性能的产氚包层,是中国聚变工程实验堆(CFETR)的候选包层之一。氚增殖比(TBR)是产氚包层核心设计参数之一,是评估聚变堆氚自持性能的重要指标,有必要对其进行详细分析。本文介绍了DFLL包层氚增殖性能数值分析与实验验证工作。其中数值分析采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC建立了全堆三维中子学模型,计算分析了包层不同位置处的TBR值,并对影响包层氚增殖性能的相关因素,如第一壁材料、钨护甲、包层增殖区厚度、6 Li富集度等进行了敏感性分析及参数优化;实验验证工作利用强流聚变中子源HINEG,开展了DFLL中子学实验模块不同位置产氚率(TPR)测量。研究结果显示,经过优化的DFLL包层TBR设计参数可达到1.208,满足CFETR第一阶段的氚自持要求;实验结果与理论计算结果的最大偏差为8%以内符合,实验结果的测量不确定度在2σ内优于9.8%。