【摘要】：中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)橋接著國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)和聚變商用電站(FPP),是中國(guó)聚變堆發(fā)展路線圖中的重要里程碑。CFETR安全研究與評(píng)價(jià)是其獲得安全許可證的保證。失真空事故(LOVA)是聚變堆相較于裂變堆而言特有的安全事故。在正常的運(yùn)行過(guò)程中,真空室中為接近真空狀態(tài)。事故情況下,由于部件的失效,可能導(dǎo)致空氣進(jìn)入真空室引發(fā)LOVA事故。由于空氣的進(jìn)入,可能導(dǎo)致一系列嚴(yán)重事故后果,如真空室失壓、粉塵遷移、氫氣/粉塵燃燒和放射性遷移等,從而給裝置和人員帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。因此,本論文針對(duì)LOVA事故特性與后果進(jìn)行分析研究,將為CFETR的系統(tǒng)安全研究提供有力支撐。首先,基于2016版CFETR設(shè)計(jì),采用CFD數(shù)值模擬的方法,利用商用程序ANSYS CFX,對(duì)CFETR LOVA事故進(jìn)行詳細(xì)分析。在模型有效性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,對(duì)LOVA事故情況下空氣進(jìn)入真空室時(shí)的空氣流動(dòng)特性進(jìn)行分析,并充分考慮各種事故工況,研究多種因素(真空室初始溫度、初始?jí)毫�、破口大小和破口位�?對(duì)氣體流動(dòng)特性的影響,以解明不同事故工況下的空氣流動(dòng)特性,為粉塵遷移研究和放射性遷移研究提供支持。其次,在得到LOVA事故空氣流動(dòng)特性結(jié)果的基礎(chǔ)上,參考ITER事故工況,對(duì)發(fā)生在真空室中部破口情況下,鎢粉塵在高速空氣流動(dòng)作用下的遷移行為進(jìn)行模擬研究,得到LOVA事故情況下鎢粉塵在真空室中的分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,對(duì)LOVA事故下空氣進(jìn)入真空室與氫氣/粉塵混合后,可能導(dǎo)致的氫氣/粉塵安全問(wèn)題進(jìn)行分析,并對(duì)緩解措施進(jìn)行討論。最后,根據(jù)失真空分析和粉塵遷移分析結(jié)果,計(jì)算不同遷移路徑下氚和粉塵的源項(xiàng),得到在LOVA事故情況下氚和粉塵可控釋放到環(huán)境中的保守釋放量。分析表明,不同遷移路徑對(duì)放射性釋放量有非常大的影響。在此基礎(chǔ)上,利用MATLAB編程的方法,對(duì)氚和粉塵釋放到環(huán)境中的遷移分布進(jìn)行模擬。基于濱海廠址和內(nèi)陸廠址,對(duì)LOVA事故早期個(gè)人劑量進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示,氚在早期個(gè)人劑量中占據(jù)主導(dǎo)地位;候選廠址的氣象條件對(duì)LOVA事故早期個(gè)人劑量有較大影響;LOVA事故后假想廠址規(guī)劃限制區(qū)內(nèi)早期最大個(gè)人劑量約為0.4430 mSv,遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的控制值水平。本論文為CFETR發(fā)生LOVA事故情況下的放射性安全評(píng)估提供了思路。有利于CFETR安全分析過(guò)程中對(duì)LOVA事故進(jìn)程和后果的理解,為CFETR安全系統(tǒng)和緩解措施的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考和支持。
【圖文】：

１．２．１．１實(shí)驗(yàn)研究逡逑為了研宄ＩＴＥＲ真空室中發(fā)生ＬＯＶＡ事故的情形，意大利ＥＮＥＡ搭建了實(shí)驗(yàn)逡逑裝置ＳＴＡＲＤＵＳＴ［１７１，其結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。ＳＴＡＲＤＵＳＴ可以通過(guò)打開(kāi)不同的調(diào)逡逑節(jié)閥（圖中的ＶａｌｖｅＡ對(duì)應(yīng)赤道面窗口，ＶａｌｖｅＢ對(duì)應(yīng)偏濾器窗口），實(shí)現(xiàn)對(duì)ＩＴＥＲ逡逑不同窗口部件發(fā)生失效破損時(shí)的空氣射入位置的模擬實(shí)驗(yàn)研究。除此之外，可以逡逑通過(guò)閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)入口流量。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入口流量、壓逡逑力、溫度等參數(shù)的監(jiān)控和測(cè)量。逡逑圖Ｕ邋ＳＴＡＲＤＵＳＴ模擬ＬＯＶＡ破口位置示意圖逡逑在后續(xù)的研究中，ＥＮＥＡ將ＳＴＡＲＤＵＳＴ升級(jí)為ＳＴＡＲＤＵＳＴ－Ｕｐｇｒａｄｅ邋（見(jiàn)圖逡逑１．２左）［｜８］，在原有ＳＴＡＲＤＵＳＴ的基礎(chǔ)上，在罐體頂部和側(cè)面開(kāi)了新的空氣入逡逑口。通過(guò)這些新開(kāi)的入口，詳細(xì)研宄空氣射入角度對(duì)ＬＯＶＡ事故特性的影響。逡逑圖１．２邋ＳＴＡＲＤＵＳＴ－Ｕ裝置示意圖（左）、大尺寸負(fù)壓實(shí)驗(yàn)裝置（右）逡逑德國(guó)ＫＩＴ的研宄人員Ｍｉｋｅ邋Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ＾１９］等人在一個(gè)內(nèi)徑為１．８邋ｍ，長(zhǎng)度為３．７逡逑３逡逑

逡逑ｍ，容積為８．８邋ｍ３的圓柱形容器（如圖１．２右）中進(jìn)行了模擬ＬＯＶＡ事故情況下逡逑空氣射入不同初始?jí)毫Φ恼婵帐业膶?shí)驗(yàn)研宄。實(shí)驗(yàn)裝置頂部中間位置有不同直徑逡逑（４ｍｍ，６ｍｍ，邋１０ｍｍ）的入口管道，并有壓力傳感器對(duì)裝置中的壓力進(jìn)行測(cè)量，逡逑同時(shí)在空氣中混入微小液滴對(duì)空氣射流的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化測(cè)量，結(jié)果如圖１．３所逡逑ＴＪｎ邋0逡逑２００ｍｂａｒ邐２５０ｍｂａｒ邐３００ｍ邋ｂａｒ邐３５０ｒｏｂａｒ邐４００ｍｂａｒ邐４５０ｍｂａｒ邐５００ｍｂａｒ逡逑ｉ邐兮邐兮邐？令令邐令逡逑：丨丨＂１＊．逡逑ＷＸＪｍｂａｒ邐７００ｍｂａｒ邐８００ｍ邋ｂａｒ邐９００ｎｉｂａｒ邐９５０ｍ邋ｂａｒ邐９Ｓ０ｍｂａｒ邐９９（）ｍｂａｒ逡逑￣邐？r>？邐，一？邋－邋＿一邐？邋＿＿邋■邋■■■邋這．＿＿邋擎？邋，，邋：■邋■邋ｍ＊—逡逑‘邋Ｍ邋ｌ＿Ｍ｜逡逑圖１．３實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)不同初始?jí)毫r(shí)空氣射流圖逡逑１．２．１．２數(shù)值模擬研究逡逑目前針對(duì)ＬＯＶＡ事故的數(shù)值模擬研宄相較于實(shí)驗(yàn)研宄要豐富和全面一些。逡逑意大利ＥＮＥＡ的科研人員Ｃ．邋Ｂｅｌｌｅｃｃｉ等人［１７］，【Ｍ】，［２４］基于ＳＴＡＲＤＵＳＴ和逡逑ＳＴＡＲＤＵＳＴ－Ｕ裝置中實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)數(shù)值逡逑模型進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)對(duì)不同破口位置的空氣射流進(jìn)行了模擬分析研究，解明了逡逑破口位置對(duì)空氣流動(dòng)特性的影響。同時(shí)在進(jìn)行了驗(yàn)證的基礎(chǔ)上
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL64

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本文編號(hào)：2627265