【摘要】：中國聚變工程實驗堆(CFETR)是一個全超導(dǎo)托克馬克反應(yīng)堆,作為中國的下一代聚變裝置,對其展開研究對中國聚變能走向商業(yè)應(yīng)用具有重大意義。包層是聚變堆的關(guān)鍵之一,其主要功能是實現(xiàn)氚的增殖。本文在調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了CFETR熔鹽包層概念,并對其展開設(shè)計以及中子學(xué)分析。本文根據(jù)CFETR堆芯物理參數(shù),建立了CFETR的中子源數(shù)學(xué)模型,并借助Matlab程序?qū)ζ溥M行了分布模擬。同時進行了中子壁負(fù)載的驗證分析,模擬值與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差在5%之內(nèi)。研究過程中設(shè)計與計算相結(jié)合,根據(jù)計算結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計的優(yōu)化方向。熔鹽包層初始設(shè)計方案為：氟鋰鈹作為氚增殖劑(Li-6富集度為60%)、碳化鎢作為屏蔽材料、低活化鋼作為結(jié)構(gòu)材料。論文以初始設(shè)計方案為基礎(chǔ),建立了CFETR熔鹽包層的一維中子學(xué)模型,開展氚增殖比的計算分析,并根據(jù)計算結(jié)果優(yōu)化包層的設(shè)計參數(shù)。其主要工作有：(1)分析了使用鈹、鉛兩種中子倍增劑和無中子倍增劑三種狀態(tài)下氚增殖比變化趨勢,最終確定了使用鈹作為中子倍增材料。(2)計算了在不同Li-6富集度下的氚增殖比的變化,,確定使用60%的Li-6富集度。(3)模擬了高、低場側(cè)包層氚增殖區(qū)域厚度、中子倍增區(qū)域厚度對氚增殖比的影響。綜合考慮空間、氚增殖和中子屏蔽等因素確定了包層的內(nèi)部材料布置方案。高場側(cè)包層：10cm中子倍增區(qū)+15cm增殖區(qū)域；低場側(cè)包層：15cm中子倍增區(qū)+25cm增殖區(qū)域。(4)研究了結(jié)構(gòu)材料、偏濾器等因素對氚增殖比的影響。在一維設(shè)計基礎(chǔ)上考慮偏濾器、真空室、縱向磁場線圈等結(jié)構(gòu),完成了熔鹽包層的結(jié)構(gòu)設(shè)計。建立了包層中子學(xué)分析的三維模型,計算了包層徑向隔板對氚增殖比的影響,在不考慮徑向隔板及裝置窗口的情況下得到氚增殖比為1.3256；考慮徑向隔板后的氚增殖比大小為1.3162,減小了0.71%。最后,在三維中子學(xué)模型的基礎(chǔ)上對熔鹽包層進行了中子壁負(fù)荷計算分析、核功率密度計算分析,得到了包層的核熱及中子壁負(fù)荷參數(shù)。同時對包層的原子離位(DPA)及氦產(chǎn)生率開展了計算。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL62

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本文編號：2746669