聚变数据库系统FusionDB研发与应用

聚变研究和设计是一项需国内外广泛合作的系统工程,积累和共享数据是当前重要任务。为了更好地整合聚变数据,FDS团队设计和研发了集聚变数据和数据处理与分析软件于一体的聚变数据库系统FusionDB,系统涵盖了聚变堆设计与安全分析关键数据,是国际上首个包括核数据、材料数据、部件数据、聚变物理实验数据以及核计算仿真和可靠性与概率安全分析等功能的综合型聚变数据库系统。FusionDB已应用于国际热核聚变实验堆ITER、中国科学院FDS系列聚变堆概念设计与研究中。     

聚变材料数据库平台FUMDS的设计与发展

聚变材料数据库平台(FUMDS,FUsion Materials Database System)收集了聚变材料研究相关的各种材料的数据,运用现代计算机技术和数据分析方法,对材料数据进行系统的管理和分析,为聚变堆设计以及聚变材料的研究和工程制备提供数据支持.     

聚变堆安全特性评价研究

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。     

基于积分分析方法对聚变堆启动氚量与所需氚增殖比的评估

托卡马克聚变堆的主要发展方式包括混合堆、纯聚变堆。关于托卡马克聚变堆氚自持的研究,国内外主要采用平均滞留时间方法进行研究,并且针对聚变功率较低的混合堆的氚自持研究较少。本工作采用更符合实际的积分分析方法分析了混合堆、纯聚变堆氚自持的启动氚量、氚增殖比(TBR)要求。研究结果表明：启动氚量、备用氚量与聚变功率具有线性关系,所需TBR与聚变功率呈反比例关系;混合堆聚变功率较低,所需TBR较高,工程实现所需TBR挑战较大,需要通过限制长期氚滞留量以降低所需TBR要求;纯聚变堆聚变功率高,所需TBR较低,工程实现所需TBR挑战较小,但备用氚需求达数十千克,应考虑氚系统的冗余设计或提高氚系统的可靠性、可维护性,以降低备用氚的使用规模;运行因子是聚变堆的一个重要设计指标,在此着重分析了运行因子对所需TBR的影响,并重新定义了一个聚变堆氚自持的关系式,以突出运行因子对氚自持的重要影响。     

基于GDT的聚变裂变混合堆堆芯参数初步设计研究

基于Gas Dynamic Trap(GDT)装置的实验进展,提出了用于驱动聚变裂变混合堆包层的聚变堆芯参数设计。基于零维堆芯物理模型,计算分析给出了一套聚变功率为50MW的初步堆芯参数方案。利用GDT装置的实验结果对该物理模型进行计算对比校验,显示该物理模型和设计参数的可靠性。     

基于GA的Tokamak聚变堆芯参数优化方法研究

托卡马克(Tokamak)聚变堆芯参数优化设计是聚变及聚变驱动次临界堆设计的重要步骤之一。本文发展了基于遗传算法(GA)的堆芯参数优化方法并与中国科学院核能安全技术研究所·FDS团队研发的系统程序SYSCODE堆芯物理模块相耦合,对堆芯参数进行优化。通过优化指定的聚变堆芯设计参数(如几何尺寸、等离子体电流、环向磁场等),并满足给定的约束条件,使得单个或多个目标达到全局"最优",对于堆芯设计具有一定参考价值。     

模拟托卡马克聚变堆的设计

【英国《国际核工程》2002年8月刊报道】未来聚变堆所面临的最大挑战是如何约束等离子体。电磁模拟在托卡马克聚变堆的设计中起着很大作用。通过计算偏滤器(控制等离子体粒子耗尽和功率在机器中转移的装置)中的涡流,电磁模拟在托卡马克聚变堆设计中起主要作用。对聚变点火研究实验(FIRE)的预先设计研究正在进行之中,以评价在近期是否能对自加热等离子体有更多的科学认识。主要问题之一是设计能承受被击穿的等离子体面对部件,在此处等离子体压力和环向电流会很快弱化。在这些瞬间产生的涡流相当大,产生的应力足以损坏等离子体面对部件。美…     

聚变堆氚分析程序TAS1.0的设计与开发

氚是聚变堆的重要燃料之一,对聚变堆氚系统进行分析从而实行有效的氚控制是聚变研究的重要内容之一.在中国系列液态金属锂铅包层聚变堆概念设计研究基础上,利用现代软件工程方法及面向对象技术设计思想,发展了聚变堆氚分析程序TAS1.0,可用于聚变堆氚自持分析、氚燃料管理及氚安全性分析与研究,并可为聚变堆包层及燃料循环系统设计与分析提供技术支持.通过一系列的测试校验,表明了该程序的正确性与有效性.本文主要介绍该程序的系统设计、技术特点与程序测试.     

基于GDT的14MeV中子源初步设计研究

为满足聚变材料测试对D-T聚变中子源的需要,本文首先根据国际上对用于聚变材料测试的中子源的要求给出设计目标,然后基于Gas Dynamic Trap(GDT)装置的实验进展,提出了基于GDT装置的14MeV中子源的设计初步方案,并建立了GDT中子源的物理模型。计算分析给出了两套中子源参数初步方案,其中FDS-GDT2中子壁负载为2MW/m2,可用于聚变材料的测试。     

流动锂液帘对堆芯等离子体影响的评估(英文)

运用零维模型评估了流动液态锂幕帘作为聚变实验增殖堆工程概要设计 (FEB-E) 第一壁对聚变等离子体的影响。得到了锂液帘工作温度对堆芯有效平均等离子体电荷?Zeff?,燃料稀释以及聚变功率之间的关系。表明在正常工作情况下,液态锂的蒸发对?Zeff?的影响不是很严重,但对燃料稀释和聚变功率的影响却较为敏感。作为一个例子,对较高功率密度的反剪切位形聚变实验增殖堆FEB-E设计方案 II,计算了液帘的流速与它表面最大温升的关系,结果表明:即便0.5m/s的低速流动液帘第一壁, 蒸发对聚变等离子体的影响也甚微。     

RTDP方法在大型先进压水堆热工设计中的应用初步研究

偏离泡核沸腾（DNB）设计基准是反应堆热工水力设计中的重要基准之一,为评价该设计基准是否满足热工水力设计要求,首先需确定堆芯偏离泡核沸腾比（DNBR）设计限值。本工作详细论述了使用统计学方法确定运行参数及核设计参数等不确定性的RTDP原理,并应用该方法和堆芯子通道分析程序对大型先进压水堆DNBR设计限值及含汽率限值进行计算并给出结论,为DNBR设计基准的验证提供了关键判据。     

“华龙一号”核电厂的辐射防护最优化设计

辐射防护最优化是核电厂辐射防护设计中的关键问题之一。本文结合国际原子能机构(IAEA)提出的辐射防护最优化设计策略,围绕核电厂辐射防护最优化设计过程中的设计目标、设计内容与评估、确保持续改进等几个方面对华龙一号核电厂的辐射防护优化设计进行了概述,对华龙一号设计中涉及的辐射源项优化、辐射分区优化、事故后辐射防护设计优化、职业照射剂量评价、环境排放设计优化等方面开展的工作进行了介绍。辐射防护最优化原则在 “华龙一号”(HPR1000)的设计工作中得到了有效的贯彻与执行。     

大容量钴源运输容器屏蔽研究

大容量钴源运输容器为运输工业用钴源而设计的专用设备。由于内容物放射性活度水平很高、衰变热很大,仅有少数国家具有设计能力,在国内的研制尚属首次。在对钴源运输容器的屏蔽设计研制过程中,突破之前的屏蔽设计技术束缚,采用MCAM程序与MCNP程序模拟计算钴源运输容器外的剂量率水平,并在设计过程中及时发现容器存在的设计缺陷,从而进行了设计改进,保证了容器满足国家标准要求的各项设计措施。目前这些设计措施已通过相关的试验验证。结果表明:针对大容量60 Co运输容器的关键技术制定的设计措施合理有效,充分保证了容器在经受国家标准中规定的正常运输条件和运输中事故条件下各项试验后容器屏蔽性能的完整性,确保钴源运输的安全。     

部分参数统计方法在30万kW核电厂应用的初步研究

偏离泡核沸腾(DNB)设计基准是反应堆热工水力设计中的重要基准之一,为评价该设计基准是否满足热工水力设计要求,需确定堆芯偏离泡核沸腾比(DNBR)设计限值。本文研究了使用统计学方法确定不确定性的部分参数统计方法原理,并应用该方法和堆芯子通道分析程序对30万kW核电厂DNBR设计限值进行计算。计算结果表明,反应堆冷却剂流量全部丧失事故最小DNBR分析采用部分参数统计较STDP额外获得了约5%的裕量。本文结果为DNBR设计基准的验证提供了关键判据。     

压水堆核电厂辐射监测系统的设计与改造

辐射监测系统是压水堆核电厂安全运行的重要保障,研究压水堆核电厂辐射监测系统的设计方法和原则,对于提高压水堆核电厂辐射监测系统的设计水平,减少改造风险至关重要.根据核电厂的法规和设计规范,结合大亚湾核电厂辐射监测系统的设计与改造经验,提出了压水堆核电厂辐射监测系统的一般设计原则和要求,并简要介绍了大亚湾核电厂辐射监测系统...     

Development of conceptual design tool for liquid metal cooled-reactors

A conceptual design tool for three types of liquid metal reactors (LMRs), ultra long life, accelerator-driven subcritical transmutation and large scaled LMRs has been proposed. This tool is developed for system design with artificial intelligence, scaling of design parameters, and validation analysis. The system design consists of design synthesis and design analysis. System design decides the optimal structure and layout of a LMR using design synthesis with rule bases and databases, and design analysis with design constraints. The designed system is scaled by scale laws to be optimal with desired power level, and then a specific design basis accident is analyzed in validation part. Design synthesis contains the data about each component and general LMRs, and the rules about selection of each component and general LMRs. Design analysis contains several design constraints for formulation and solution of a design problem. In these two parts, a designer's intention can be externalized through emphasis on design requirements. For the purpose of demonstration, the conceptual design tool was applied to an ultra long life LMR with 35 MWe power level. This ultra long life LMR was designed from knowledge structure based on all the characteristics of ultra long life, accelerator-driven subcritical transmutation, and large scaled LMRs, and then optimally scaled to the 35 MWe power level.     

高温氦气实验回路氢气主冷却回路的概念设计

依据聚变堆包层热工水力实验段的设计要求,并借鉴国内外氦气实验回路的设计和运行经验,对国际热核聚变实验堆(ITER)氦冷固态增殖剂实验包层模块(HCSB-TBM)高温氦气实验主回路进行了概念设计.主要给出了氦气实验主回路(HTHEL)的主要设计参数、回路系统构成及主要设备特点,并对主管道设计进行了应力校核.     

大亚湾核电站第九循环堆芯换料设计

大亚湾核电站第九循环堆芯是自提高燃产组件富集度后实现18个月换料的第一个循环堆芯。堆芯换料设计采用SCIENCE核程序包进行计算，辅以HADES－II处理程序，自动生成一维模型和综合法程序输入数据，并且自动生成换料设计报告。本报告介绍了堆芯换料设计需提交给核电站的设计文件和所用的计算机辅助，并对启动物理试验实测值与设计预计值进行了比较分析。     

Design and ultimate behavior of RC plates and shells

An iterative numerical computational algorithm is developed to design a plate or shell element subjected to membrane and flexural forces, which is based on equilibrium considerations for the limited ultimate state of the reinforcement and cracked concrete. Equations for capacities of top and bottom reinforcements in two orthogonal directions have been derived.To verify the design algorithm on the element level several experimental examples are designed. Nonlinear inelastic analyses are performed with the designed examples using the Mahmoud-Gupta’s computer program to show the adequacy of the design equations. The calculated ultimate strengths are from 3 to 18% higher than the ultimate strength obtained from the test results, except in one example. On the global structural level, a design is performed for a hyperbolic cooling tower to check the design strength to verify the adequacy of the design algorithm. Based on the ultimate nonlinear analysis performed with the designed reinforcement, the analytically calculated ultimate loads exceed the design ultimate load from 26 to 63% for analyses with various amounts of tension stiffening effect.Even though the ultimate loads are dependent on the tensile properties of concrete, the calculated ultimate loads are higher than the design ultimate loads for the cases considered. This shows the adequacy of the design algorithm developed, at least for the structures studied. The presented design algorithm for combined membrane and flexural forces can be evolved as a general design equation for reinforced concrete plates and shells through further studies involving the performance of many more designs and analyses of different plate or shell configurations.     

核电厂三维模型标准化体制的建立

分析了三维设计标准编制需要考虑的各种因素,提出了三维设计标准的编制原则,探讨了设计标准体系的构成及三维设计标准编制流程。旨在通过对核电厂设计的标准化工作,提高设计成果复用度,加快设计交流和更新速度,扩大设计成果的应用范围,增进知识学习和积累。