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模拟了锂铅合金中氚提取技术,在采用流体力学建立代数模型的基础上,开展了旋转喷嘴鼓泡法提取锂铅合金中氢的研究。研究结果表明：锂铅熔融温度越高,氢提取累计效率越高;鼓泡床气含率受叶轮孔径影响不大,只是在较高的氦气流速下,采用小孔径时的气含率略高于大孔径,但孔径越小,气泡比表面积越大;随着氦气流速的增加,液态锂铅流循环强度明显增加,氢提取速率加快;喷头转速对氢提取影响有限。     

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在自行设计与建造的液态锂铅合金鼓泡器实验系统上,开展了气-液接触法提取液态锂铅合金中的氢。实验结果表明,氦气比氩气更适合作填料塔的载带气;塔温越高,塔出口端氢含量越大;载气流速对出口端氢含量的影响呈锯齿状,无明显规律。实验结果虽然与文献数据有差别,但可以认为采用气-液接触法提取液态锂铅中的氢同位素是可行的,提取效率是随液态锂铅在填料塔中滞留的时间增长而增大的。     

DFLL-TBM液态锂铅合金鼓泡器实验系统的设计

液态锂铅合金鼓泡器是中国双功能液态锂铅测试包层氚处理单元的重要组成部分。为了完成鼓泡器实验系统的建造与运行,在多年开展氢同位素与锂铅合金相互作用的理论计算和旋转喷嘴鼓泡法提取液态锂铅中微量氢实验的基础上,提出了实验系统的总体设计、主回路设计和辅助系统设计。这个设计以气液交换填料塔为核心,实现了液态锂铅中氢同位素的测量与提取。     

聚变堆液态包层增殖区铅锂与氦气多流场耦合换热特性研究

采用三维计算流体动力学(CFD)方法对聚变堆液态包层增殖区高温液态铅锂与结构内高压氦气耦合换热进行数值模拟。建立了充放式高压氦气回路和换热实验段,开展了包层典型工况下液态铅锂与氦气多流场耦合换热对比实验验证。研究了氦气压力和增殖区铅锂入口温度、核热功率密度变化时的流动与传热特性及其影响规律,获得了氦气与RAFM钢壁面、液态铅锂与RAFM钢壁面之间的换热系数和换热关联式,为液态包层的设计研发提供了参考依据。     

聚变堆液态包层提氚鼓泡器的概念设计

在气-液接触法提取液态锂合金中的氢的实验基础上,提出了以气-液交换柱为核心的提氚鼓泡器(LBTB)的概念设计。LBTB 主要由气体进样纯化器、气-液交换柱系统、饱和器－解吸器和辅助系统构成。LBTB以氩氢混合气为吹洗气,其主要功能是在线监测液态包层主回路中的氚行为,并检验多柱级联后的氚回收率是否可以达到90%的期望值。     

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在气-液接触法提取液态锂合金中的氢的实验基础上,提出了以气-液交换柱为核心的提氚鼓泡器(LBTB)的概念设计。LBTB 主要由气体进样纯化器、气-液交换柱系统、饱和器－解吸器和辅助系统构成。LBTB以氩氢混合气为吹洗气,其主要功能是在线监测液态包层主回路中的氚行为,并检验多柱级联后的氚回收率是否可以达到90%的期望值。     

进气布置对鼓泡式微藻光生物反应器混合性能影响的数值研究

鼓泡式光生物反应器设计简单、易操作并且节省能源,对于培养微藻很具潜力。本文采用计算流体力学(CFD)方法,数值研究四种不同的进气布置对柱状鼓泡式光生物反应器内流体混合特性的影响。研究结果表明,多气孔的布置方式能有效增加流体气含率和光照梯度方向流动特征量,并能减小混合时间,更能适应大规模微藻培养的要求。但随着气孔数目的增加,制造成本和运行成本也随之增大,因此在具体选择时应根据实际需要综合考虑。     

小液体流量下的气井持液及其减排规律研究

泡排剂排液法是解决小液量低产气井井筒持液问题的有效措施.本文利用配制的地层水样,在内径65 mm的垂直管中模拟研究了小液体流量下的气井持液特性,确定了小液体流量下持液率与气体流速的关系.在不同浓度和不同气液比情况下,观测了泡排剂对两相流流态的影响,测定了不同浓度及气液比下井筒的持液率,研究了泡排剂对井筒持液的减排规律,得到了最佳泡排剂浓度的范围.     

钯膜分离氢氦过程中浓差极化现象

根据设计,未来聚变堆等离子体排灰气中除了氘氚还含有以惰性气体为主的杂质气体,会在钯膜纯化氢同位素的过程中产生不容忽视的浓差极化现象,降低排灰气的处理效率。针对这一现象,以氢氦混合气为源项,研究了钯膜在分离氢氦过程中浓差极化对渗氢性能的影响,利用极化系数对浓差极化的程度进行评估,并考察了渗氢驱动力、氦气浓度以及原料气流量对极化系数的影响。结果表明:在150,300,450kPa时的H2/He选择性分别为37 460,18 347和7935,可以看出钯膜致密性良好;浓差极化系数随着渗氢驱动力和氦气浓度的升高而增大,对于原料气流量的变化则呈现相反趋势。     

表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对水平管内气液两相流含液率的影响,实验工质为空气/水、空气/100 mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,空气/水气液两相流动在光滑分层流型区,表面活性剂添加对平均截面含液率基本没有影响。随着液体流速的增加,空气/水气液两相流动进入波状分层流型区域,添加表面活性剂可以抑制或消除界面波动,增大平均截面含液率。表面活性剂的添加使弹状流含液率下降,气液流速较低时这一现象尤为明显。     

锂铅合金释氚实验研究

由于锂铅合金因具有高增殖比、低活泼性和可能作为冷却剂的特点,被认为是最有潜力的能源堆包层氚增殖材料。在理论模型描述熔融锂铅合金氚释放行为的基础上,开展了中子辐照后Li₁₇Pb₈₃合金的离线氚释放实验。结果表明: 释放氚的化学形式99％以上为难溶于水的成分（HT或T2）; 氚滞留时间随载气中氢分压的增加而减小,氢分压达到1000 Pa后变为常数,且与实体积无关;氚释放速率对温度的依赖性符合Arrhenius定律。以此为基础得到的氚在熔融锂铅中的动力学参数结果,虽与文献值有差异,但同样证明了在633—973 K的范围内, 氚从液态锂铅到气相的整个释放过程中起决定作用的是氚在合金内的扩散和气\|液界面的多相反应重组。Lithium\|lead alloy is considered to be one of the most prominent tritium breeding materials for the fusion reactor blanket because of its high breeding ratio, and low reactivity and possible use as coolant. An out\|of\|pile experiment of tritium release from Li₁₇Pb₈₃ alloy was performed after neutron irradiation on the base of mathematical model to describe tritium release behavior from an eutectic lithium\|lead alloy. The results suggest that the dominant chemical form of the released tritium (>99%) was the water\| insoluble component (HT or T2). Tritium residence time decreased with increasing H₂pressure in carrier gas up to 1000 Pa, and above this concentration limit it became constant and not influenced by the plenum volume. The temperature dependence of the tritium release rate can be described by an Arrhenius law. Consequently, the present results on the kinetic parameters of tritium in molten Li₁₇Pb₈₃alloy are considered to be different from the values in literature, but it is the same that the overall release process is governed by the diffusion of tritium atoms in the Li₁₇Pb₈₃and by the heterogeneous reaction at the gas\|eutectic interface of the tritium atom recombination at temperatures from 633 to 973 K.     

Effect of mechanical deformation on development of helium porosity

The formation of helium bubbles in 18–10 steel and 20–45 nickel alloy implanted by He ions during tension is studied, and helium release from them during high-temperature deformation is analyzed. During helium implantation, an applied tensile stress favors bubble formation and material swelling. Annealing and deformation of the irradiated materials increase the bubble size. Helium bubble migration and accumulation at grain boundaries cause cracking. Bubble migration is caused by a stress gradient. The deformation of the irradiated materials leads to an increase in the release rate of accumulated helium. A model is proposed for the development of helium porosity in a material under stress. A brittle fracture criterion is formulated for such a material.     

Production of Capacitively Coupled Atmospheric Plasma Jet With Multiring Electrodes for the Medical Plasma Tool

An atmospheric capacitively coupled plasma jet has been developed by using multiring-electrode configurations for medical applications. It was found that the discharge conditions for plasma-jet production expanded with the increase of the number of pairs of multiring electrodes. The length of the plasma jet increased with the increase of the injected power and helium-gas flow rate. The temperature of the plasma jet, measured by a thermocouple, decreased with the increase of gas flow rate and was then attained to be around 50 $^{circ}hbox{C}$ at a helium flow rate of 30 L/min. Optical measurements of plasma-jet emission showed various optical emissions from helium atoms, nitrogen atoms, hydroxyl radicals, and metal atoms originating from the electrode material.      

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基于ITERCHHCSBTBM的设计特点,设计了相关的氚工艺辅助系统。描述了氚提取系统(TES)、冷却剂纯化系统(CPS)、氚测量系统(TMS)的功能、设计参数和工艺流程等。TES用于氚提取、储存、同位素的分离;CPS实现氧氮等杂质和氚的去除及冷却剂的定量处理和分析等功能;TMS不仅可以定量分析氚含量,而且必要时可替代TES。氚渗透及氚安全的分析表明,通过CHHCSBTBM以及辅助系统向环境释放的氚可控制在ITER的氚安全限度内。     

大气压低温氦等离子体射流的诊断研究

为了加快低温氦气等离子体射流的工程化进程,通过自主设计的同轴式介质阻挡放电等离子体射流发生器,在放电频率10 kHz,一个大气压条件下产生了稳定的氦气等离子体射流。通过分析不同工况下的电压电流波形可以发现单纯增加氦气体积流量只能小幅的增加电流脉冲幅值,而对放电时间、电流脉冲数的影响不大。增加放电峰值电压时电流脉冲幅值会得到较大幅度增加。通过发射光谱法对大气压氦气等离子射流的活性粒子种类、电子激发温度、电子密度进行了诊断。结果表明,大气压氦气等离子体射流中的主要活性粒子为He Ⅰ原子、N₂第二正带系、N+₂的第一负带系、羟基（OH）,H原子的巴尔末线系（H_α和H_β）与O原子,这表明虽然该试验中使用的氦气纯度已达99.99%,但其中仍残留有少量的空气,同时放电时大气中的空气会被卷吸到放电空间发生电离。还可以发现,主要活性粒子的相对光谱强度随氦气体积流量的增加及放电峰值电压的增大均呈现上涨的趋势。选用He Ⅰ原子的四条谱线对不同试验工况下的电子激发温度进行了计算,得到大气压氦气等离子体射流的电子激发温度在3 500~6 300 K之间,电子激发温度随放电峰值电压与氦气体积流量的增大总体上呈现上升的趋势。但由于反向电场的存在,某些峰值电压可能会出现电子激发温度下降的情况;根据Stark展宽原理对大气压氦气等离子体射流的电子密度进行了计算,发现电子密度的数量级可达1015 cm-3,同时增大峰值电压与氦气体积流量均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的研究对氦气等离子体射流在工程实际中的应用具有重要意义。     

Comparison of theoretical and experimental 3He desorption behaviour of titanium tritide films

Helium-3 formed by tritium radioactive decay from tritide layer desorbs at room temperature slowly in a first step, more strongly afterwards. A helium-3 desorption model has been established, based on the positions of He-3 atom and trapping sites in the γ tritide lattice, CaF₂ type, supposed in a perfect state. Theoretical desorption curves as a function of time or helium concentration in the layer has been computed, for metal tritide or deutero-tritide layers. Experimental curves, for a wide tritium concentration range, are given here in the case of titanium layers. They show good agreement with theoretical curves for appropriate parameter values, up to a helium/titanium atomic ratio of 0.25 to 0.30. For higher helium concentrations, rapid helium desorption can be explained by gas bubble growth and percolation, and mechanical degradation of the layer: at this stage, the theoretical model does not apply.     

氚在锆合金包壳材料中的扩散行为模拟

基于氚扩散基本模型建立了氚扩散行为一维模拟程序,对模拟程序进行了典型实验验证,模拟结果与实验结果符合较好。分析了不同氚浓度、温度分布对锆合金包壳材料中氚的扩散行为的影响。分析结果表明:包壳-芯块间隙内氚浓度的升高会导致进出包壳的氚扩散通量提高,渗透通量增大;由于包壳氧化层相对较低的扩散系数,包壳氧化层的存在对氚渗透有较大的限制作用;温度对氚扩散速率的影响很显著,温度越高,扩散速度越快;锆合金外表面氧化层的相对低温限制了氚渗透出包壳管的速率,温度梯度导致的热致扩散有利于氚向包壳冷测扩散。