氘-氚聚變反應(yīng)達(dá)到點火條件所需的"聚變?nèi)胤e"最低,因而被認(rèn)為是最容易首先實現(xiàn)應(yīng)用的聚變反應(yīng)。然而,1 GW的聚變功率每年將燃耗約55.6 kg氚,自然界的氚極為稀缺(約3.5kg),難以利用,因而聚變堆氘供給成了聚變研究的關(guān)鍵問題之一。外源生產(chǎn)氚不但價格昂貴且受政策管制,現(xiàn)有的聚變堆設(shè)計通常采用包層增殖的方式來產(chǎn)氘,通過氚循環(huán)系統(tǒng)來保證氚的穩(wěn)定加料與回收,但同時各個子系統(tǒng)不可避免地存在氚泄漏和滯留等問題,以及盤存氚帶來的安全問題。因此,需要對氚循環(huán)進(jìn)行研究,研究的主要內(nèi)容應(yīng)包括:(1)氚自持,要求增殖氚應(yīng)既能滿足燃耗又能填補泄漏、滯留、衰變等損失,將決定整個聚變堆能否長期運行;(2)各子系統(tǒng)的氚盤存量,隨時間的變化關(guān)系將決定特定時刻的氚源項,影響事故狀態(tài)下的安全問題;(3)最小初始投料量,決定氚的初始投資成本,影響聚變堆的經(jīng)濟(jì)性。世界各國在穩(wěn)態(tài)聚變堆氚循環(huán)分析方面已較為成熟,但對脈沖聚變堆的氚循環(huán)分析重視不夠。而脈沖運行是聚變堆實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運行前必要的探索階段,因此研究脈沖聚變堆的氚循環(huán)比穩(wěn)態(tài)聚變堆氚循環(huán)研究更加緊迫。為了探明脈沖運行模式對氚循環(huán)分析造成的具體影響,開發(fā)一種可用于脈沖模式的動態(tài)氚循環(huán)模型顯得尤為重要。本文依據(jù)國際上氚循環(huán)模型研究的最新進(jìn)展及經(jīng)驗,參考ITER氚循環(huán)設(shè)計,增加聚變增殖包層的增殖環(huán)節(jié),采用系統(tǒng)動力學(xué)方法構(gòu)建了氚循環(huán)研究模型。本模型能夠分析脈沖/穩(wěn)態(tài)兩種運行模式,既能模擬短時間尺度(秒/分/時)下各個子系統(tǒng)氚盤存量的精細(xì)漲落,又能分析長時間尺度(年)下氚循環(huán)的自持狀態(tài),給出聚變堆所需的最小初始氚投料量。本模型分別與TAS 1.0、TRIMO開展了穩(wěn)態(tài)、脈沖運行狀態(tài)的校驗工作,結(jié)果表明,兩種運行狀態(tài)下本模型均具有良好的可用性和準(zhǔn)確度。隨后,根據(jù)氚自持的主要影響因素,得了到用于氚自持/敏感性分析的簡化系統(tǒng)動力學(xué)分析模型。本文選取典型脈沖聚變堆設(shè)計參數(shù)作為模型輸入,對脈沖/穩(wěn)態(tài)運行方案各氚循環(huán)子系統(tǒng)的盤存量、最小初始投料量和包層所需氚增殖率開展模擬研究,得到了不同脈沖長度(燃燒時間:450s,3000s;等待時間:450s/1350s,3000s/9000s)燃燒方案下子系統(tǒng)氚盤存量隨時間變化的精細(xì)曲線。同時分析得出,(1)燃燒方案的選取將影響第一壁清洗策略;(2)脈沖方案比穩(wěn)態(tài)方案所需的最小初始投料量略小;(3)包層所需氚增殖率大小與燃燒方案基本無關(guān)。其次,以TBRreq/最小初始投料量為因變量,采用簡化模型對氚自持影響因素進(jìn)行了敏感性分析。結(jié)果顯示,燃燒可用度、燃燒份額和系統(tǒng)飽和滯留量是TBRreq最關(guān)鍵的影響因素;影響最小初始投料量的關(guān)鍵因素為燃燒份額和系統(tǒng)飽和滯留量。立足現(xiàn)有技術(shù),仍應(yīng)繼續(xù)提高相關(guān)參數(shù)才能保證未來聚變堆的氚自持。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL64
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
    1.1 聚變能與脈沖聚變堆
        1.1.1 聚變能優(yōu)勢和特點
        1.1.2 脈沖聚變堆簡介
    1.2 脈沖聚變堆氚循環(huán)研究進(jìn)展
        1.2.1 聚變堆閉式氚循環(huán)簡介
        1.2.2 國內(nèi)外氚循環(huán)分析研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究意義及主要內(nèi)容
第2章 脈沖聚變堆氚循環(huán)模型開發(fā)
    2.1 聚變氚循環(huán)系統(tǒng)簡介
        2.1.1 加料系統(tǒng)
        2.1.2 等離子體環(huán)面
        2.1.3 氚工廠子系統(tǒng)
        2.1.4 冷卻劑凈化系統(tǒng)與氚提取系統(tǒng)
    2.2 系統(tǒng)動力學(xué)方法與平臺
    2.3 脈沖聚變堆氚循環(huán)模型
        2.3.1 氚循環(huán)分析模型
        2.3.2 氚自持簡化分析模型
第3章 脈沖聚變堆氚循環(huán)模型校驗
    3.1 穩(wěn)態(tài)模式校驗
        3.1.1 TAS1.0簡介
        3.1.2 測試?yán)}
        3.1.3 測試結(jié)果
        3.1.4 分析與總結(jié)
    3.2 脈沖模式校驗
        3.2.1 TRIMO簡介
        3.2.2 測試?yán)}
        3.2.3 測試結(jié)果
        3.2.4 分析與總結(jié)
第4章 脈沖聚變動力堆氚循環(huán)分析
    4.1 典型脈沖聚變堆氚循環(huán)模擬
        4.1.1 典型脈沖聚變堆參數(shù)
        4.1.2 氚循環(huán)模擬
    4.2 氚自持與敏感性分析
        4.2.1 氚自持影響因素研究現(xiàn)狀
        4.2.2 氚自持影響因素敏感性分析
    4.3 小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 論文內(nèi)容總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2840324