ITER中子屏蔽结构的设计与分析

在ITER真空室的双层壳体之间嵌入中子屏蔽结构用来屏蔽聚变反应中产生的中子流和降低环向磁场的波纹度,从而确保聚变反应的安全进行。阐述了中子屏蔽结构的概念设计、设计准则、详细设计、装配方案等整个设计过程。选取组成整个中子屏蔽结构的一个屏蔽块作为研究对象,通过分载荷步对其进行了热-结构耦合分析,获得各部件响应应力均小于许用应力,满足ITER国际组的设计要求,从而验证了中子屏蔽结构设计的合理性。     

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为考察ITER真空室中子屏蔽结构组件对选址地法国Cadarache地震加速度频谱的单点响应情况,根据ITER真空室中子屏蔽组件的设计概念和结构特点,建立了组件结构的有限元分析模型。应用有限元分析软件ANSYS对组件进行了结构模态分析,并基于其结果进行了模态叠加。分析发现,组件结构的低阶振型与高阶振型有差异,且结构与低阶频率发生响应,但引起的位移与应力在允许的范围之内。结果表明,装配体结构更能适应结构抗震性的设计要求。仿真计算的结果为组件结构的优化设计和下一步的工程实现提供了可靠的依据。     

ITER中子屏蔽结构的虚拟装配研究

国际热核实验反应堆ITER计划是一项大型国际研究合作项目。中子屏蔽结构位于真空室内、外壳之间,其作用是屏蔽中子流、降低环向磁场波纹度。中子屏蔽结构的虚拟装配需要与其设计同时进行,以便指导和改进设计。为了实现其虚拟装配,运用反装思路,通过DELMIA创建其拆卸路径来设计并仿真整个装配过程,实时分析其装配间隙,作为对模型进行优化设计的依据。所得结果满足ITER国际组对中子屏蔽结构的设计要求,并为结构的实际装配提供了参考依据。     

ITER装置中IWS装配仿真设计及研究

内中子屏蔽层(IWS-In Wall Shielding)是国际热核聚变实验装置(ITER)中核心装置-真空室(VVVacuum Vessel)的重要组成部分.由于真空室结构复杂,各项性能要求高,根据ITER国际组织要求,其所有结构必须结构设计与装配模拟研究同步进行,通过对其装配过程的动态模拟,确定其各部件的装配关系,...     

聚变堆工艺与材料研究进展

2006年度聚变堆工艺与材料研究主要在以下3个方面取得进展，即ITER项目第一壁板制造技术资质论证预研及屏蔽模块设计分析，聚变堆低活性结构材料及高原子序数面对等离子体材料研究和聚变堆液态金属包层磁流体动力学效应研究。     

ITER屏蔽块真空热氦检漏装置热工水力学设计与分析

对ITER包层屏蔽块进行了热工水力学设计及分析,并给出了两套合理的加热方案。分析结果表明,可以通过分阶段改变入口气体温度的方法实现在高效加热屏蔽块的同时满足工程及部件热应力的技术要求,并通过热应力计算验证了加热过程不会对屏蔽块产生不可预期的结构破坏。     

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对ITER包层屏蔽块进行了热工水力学设计及分析,并给出了两套合理的加热方案.分析结果表明,可以通过分阶段改变入口气体温度的方法实现在高效加热屏蔽块的同时满足工程及部件热应力的技术要求,并通过热应力计算验证了加热过程不会对屏蔽块产生不可预期的结构破坏.     

ITER真空室支撑筋板结构设计与强度分析

作为真空室的重要部件,支撑筋板既需要支撑真空室双层壳体,又需要支撑中子屏蔽层。在实际工作中,支撑筋板必须满足运行时的各项强度要求。分析了真空室结构特点,以及真空室支撑筋板的平面布局与结构要求。运用CATIA软件设计了支撑筋板,并在ANSYS Workbench环境下对其作了有限元分析,得到支撑筋板在真空室内工况下的强度应力云图和应变云图。结果分析表明,支撑筋板的结构和强度均满足设计要求,很好地保证了ITER真空室的正常运行。     

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通过Ansoft Maxwell有限元分析软件,用封闭圆桶模型对ITER送气系统阀门箱的磁屏蔽进行了计算。计算,获得了屏蔽层厚度、上端开孔及侧面狭缝对磁屏蔽的影响方式及规律,给出了一种具有合理参数的可能设计。     

ITER输运车双密封门系统的设计与分析

介绍了ITER运输车双密封门的系统设计。针对ITER真空室三个典型窗口使用的运输车进行了结构设计,基于有限元数值方法对关键结构部件进行了分析和优化。双密封门系统的设计与分析研究工作为未来ITER运输车国内采购包的工程实现提供技术参考。     

烘烤工况下ITER中子屏蔽螺栓预紧力研究

国际热核实验反应堆ITER计划是一项大型国际研究合作项目。中子屏蔽组件位于真空室内、外壳之间,其作用是屏蔽中子流、降低环向磁场波纹度。文中以中子屏蔽组件为研究对象,研究在烘烤温度下预紧力对其力学性能的影响。运用ANSYS软件对中子屏蔽组件进行非线性有限元计算,对比分析了在不同预紧力下螺栓的变形和结构的应力响应。研究表明,为了增强连接的紧密性,在保证结构完整性和螺栓强度的前提下充分利用螺栓的预紧力,应将预紧力产生的预紧应力控制在材料屈服应力的60%左右。     

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As an important part of vacuum vessel, supporting rib not only supports double layer shell, but also supports neutron shielding layer. It must meet all strength requirement from them in practice. Vacuum vessel structure feature, supporting rib layout and structure requirement were analyzed. Supporting rib was designed with CATIA. Its strength stress nephogram and deformation nephogram were obtained with finite element analysis under the ANSYS Workbench environment. From the result, supporting rib structure and stress can meet the design requirement, so as to assure its normal working in ITER vacuum vessel.     

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采用一体化安全分析程序,建立了ITER装置第一壁/包层及其主热传输系统、抑压系统的事故分析模型。对真空室内第一壁冷却剂管道双端断裂的失水事故进行计算,并选取单根冷却剂管道双端断裂和多根冷却剂管道双端断裂导致的失水事故工况进行热工水力行为的研究,分析相关系统的热力响应。分析表明,在发生第一壁冷却剂管道断裂事故后,由于冷却剂向真空室内释放,导致真空室内压力升高,之后由于抑压系统爆破盘的开启,可以有效缓解真空室内压力的升高,能够保障真空室系统满足设计限值。     

HL-2M 装置真空室设计

HL-2M 真空室结构为“D”形截面的双层-薄壁-全焊接式-环状结构,内环直径 2m,外环径 5.22m, 高 3.02m,由 20 个扇形段组成而成。真空室上开设有 121 个窗口以满足真空抽气、实验诊断、辅助加热及工程安 装等方面的要求;支撑采用滑动杆式结构;材料选用 Inconel625、Inconel718 与 316L 组合。运用有限元法对真空 室进行了结构强度评估,真空室满足设计要求。     

Design Features of the Neutral Particle Diagnostic System for the ITER Tokamak

The control of the deuterium–tritium (DT) fuel isotopic ratio has to ensure the best performance of the ITER thermonuclear fusion reactor. The diagnostic system described in this paper allows the measurement of this ratio analyzing the hydrogen isotope fluxes (performing neutral particle analysis (NPA)). The development and supply of the NPA diagnostics for ITER was delegated to the Russian Federation. The diagnostics is being developed at the Ioffe Institute. The system consists of two analyzers, viz., LENPA (Low Energy Neutral Particle Analyzer) with 10–200 keV energy range and HENPA (High Energy Neutral Particle Analyzer) with 0.1–4.0MeV energy range. Simultaneous operation of both analyzers in different energy ranges enables researchers to measure the DT fuel ratio both in the central burning plasma (thermonuclear burn zone) and at the edge as well. When developing the diagnostic complex, it was necessary to account for the impact of several factors: high levels of neutron and gamma radiation, the direct vacuum connection to the ITER vessel, implying high tritium containment, strict requirements on reliability of all units and mechanisms, and the limited space available for accommodation of the diagnostic hardware at the ITER tokamak. The paper describes the design of the diagnostic complex and the engineering solutions that make it possible to conduct measurements under tokamak reactor conditions. The proposed engineering solutions provide a safe—with respect to thermal and mechanical loads—common vacuum channel for hydrogen isotope atoms to pass to the analyzers; ensure efficient shielding of the analyzers from the ITER stray magnetic field (up to 1 kG); provide the remote control of the NPA diagnostic complex, in particular, connection/disconnection of the NPA vacuum beamline from the ITER vessel; meet the ITER radiation safety requirements; and ensure measurements of the fuel isotopic ratio under high levels of neutron and gamma radiation.     

聚变实验堆真空室壳体成型模具设计及实验研究

参考ITER真空室制造规范,在常温下对中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室壳体成型进行工艺预研。先根据成型经验公式计算出所研究壳体的成型模具尺寸范围,再利用有限元软件选择3组公式值附近的尺寸模拟了该成型工艺最佳模具尺寸参数,分析出最佳型面尺寸误差在±1.5mm内,并以此指导成型实验。测试了成型实验后工件减薄量、回弹量、变形率等参数,与模拟分析结果吻合度较高,验证了该成型模具设计的合理性。