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。     

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。     

氘氚化锂分解残渣中微量氚的回收

氘作同位素交换气对除氚后的新鲜氘氚化锂残渣[主要成分是硅锂化合物和二氧化硅，渣中含氚约为0．9443mg／g(渣)]中的微量氚进行氚的计量与回收，为氘氚化锂残渣中氚的回收提供技术支持。     

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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。     

旋转喷嘴鼓泡法提取液态锂铅合金中的氢

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。     

锆钴氢化物中氢氚的互排代研究

研究了一维排代条件下,ＺｒＣｏ－Ｈ体系上气－固间氢氚的互相排代特性,实验结果表明,氢氚间可以互相排代,影响排代效果的主要因素有：固相表面积、温度和气相流速。在粉化较好的ＺｒＣｏ颗粒（≥４８目）和较高的温度下（～８５℃）,气相流速提高到１．３ＮＬ／ｃｍ＾２ｍｉｎ还具有较理想的排代效果。氚丰度的流出曲线可以用塔板理论描述,且具有较小的塔板高度。     

光电法分析铝-锂合金中锂元素的研究

目前,国内对铝合金中离含量锂（１．０％－３．０％）通常采用化学分析法,光电法尚不能完成高锂元素的分析。本文针对光电法分析高含量锂进行研究和探讨。     

1.5μm质子交换铌酸锂光波导TE0模偏振器

在１．５μｍ光波长，首次研制出质子交换铌酸锂光波导ＴＥ０模偏振器。器件由嵌在Ｔｉ扩散波导之间的一段质子交换波导构成，器件长度为２ｍｍ。实验测得，偏振器的消光比和带尾纤插入损耗分别为４２ｄＢ和４．３ｄＢ。     

LaNi4．25Al0．75合金吸放氚性能

在真空系统中对熔融法制备的LaNi4.25Al0.75合金的氘活化特性、吸放氚p-C-T曲线和不同温度下的吸放氚速率，以及材料吸附氚气与解析氚气的纯度进行了研究，以考核该合金氚操作与贮存性能。     

球环型产氚聚变堆中子学分析

对球环型产氚聚变堆概念设计中的中子学设计进行了计算分析。此设计利用了球形环的先进等离子体物理性能和紧凑的结构特征,并尽量利用真空室内的空间安置氚生产包层以减少氚泄漏而提高氚增殖率,达到年产氚量1kg的目标。2D中子学计算得到的氚增殖率高于1．68的设计是其它类似设计没有达到的,进一步体现出球环型产氚聚变堆的先进性。     

CFETR氦冷固态增殖包层多物理场氚输运分析

针对中国聚变工程实验堆(CFETR)外中平面氦冷固态增殖包层模块,开展了包层热、流、氚的多物理场耦合模拟分析,获得包层模块的氚分布、氚滞留量及氚渗透量。分析结果显示,在包层球床区无因吹洗气体流动滞缓而造成的氚滞留现象,其吹洗气体流道设计合理。同时,开展了入口吹洗气体掺氢量的参数敏感性分析。分析显示吹洗气体掺氢可以降低材料表面氚浓度,从而降低结构材料中的氚浓度梯度,抑制氚渗透;入口氢气浓度从 1ppm 增加到 1000ppm 时,氚渗透量降低为 1/20。     

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通过对聚变堆设计包层进行先后的一维、三维氚增殖比计算与分析,确定合适的模块材料、明确的模块划分以及相应的模块厚度,最终找到了合适的满足氚自持(TBR=1.3162)的熔盐设计包层.     

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水冷陶瓷包层是中国聚变工程实验堆(CFETR)的三种候选包层概念之一。基于CFETR水冷陶瓷包层的一维中子学模型,通过蒙特卡罗输运模拟程序MCNP和活化计算程序FISPACT的耦合计算,经三维转换系数修正,分析了CFETR水冷陶瓷包层时间相关产氚特性。结果表明,当CFETR运行因子为0.5,聚变功率为200MW时,水冷陶瓷包层在运行5年、10年、20年后,氚增殖率(TBR)的降低都不显著,但是年产氚剩余量的降低很明显。此外,产氚包层内初始时刻TBR对产氚特性的影响也很大。     

CFETR 水冷陶瓷包层时间相关产氚特性初步分析

水冷陶瓷包层是中国聚变工程实验堆(CFETR)的三种候选包层概念之一。基于CFETR水冷陶瓷包层的一维中子学模型,通过蒙特卡罗输运模拟程序MCNP和活化计算程序FISPACT的耦合计算,经三维转换系数修正,分析了CFETR水冷陶瓷包层时间相关产氚特性。结果表明,当CFETR运行因子为0.5,聚变功率为200MW时,水冷陶瓷包层在运行5年、10年、20年后,氚增殖率(TBR)的降低都不显著,但是年产氚剩余量的降低很明显。此外,产氚包层内初始时刻TBR对产氚特性的影响也很大。     

熔盐包层设计与氚增殖比的计算

通过对聚变堆设计包层进行先后的一维、三维氚增殖比计算与分析,确定合适的模块材料、明确的模块划分以及相应的模块厚度,最终找到了合适的满足氚自持(TBR=1.3162)的熔盐设计包层。     

正硅酸锂陶瓷小球离线释氚实验研究

中国氦冷球床包层(CH HCSB TBM)初步采用Li₄SiO₄陶瓷小球作为氚增殖材料,实验研究了Li₄SiO₄陶瓷小球的中子辐照产氚性能。将冷冻成型法制备的Li₄SiO₄ 陶瓷小球置于反应堆中辐照100min,然后在离线释氚实验平台上进行退火行为研究。实验结果表明,在用He +1% H₂为载气,流速为100mL•min^-1,升温速率为5K•min^-1的实验条件下,氚气(HT+T₂)是Li₄SiO₄陶瓷小球的主要释氚形态,占总氚的70%左右(不包括自由氚中的氚气),在400℃~700℃范围内出现两次释氚峰;氚化水(HTO+T₂O)所占比例小于20%,主要在300℃~500℃的低温段进行释放;氚在800℃前基本释放完,小球退火后的残氚量小于1%。冷冻成型干燥法制备的Li₄SiO₄陶瓷小球在300℃~700℃范围内有较好的释氚性能,氚残留量低,在聚变堆固态氚增殖包层设计中具有一定应用价值。     

聚变堆液态包层准二维磁流体湍流模型研究

为研究聚变堆氚增殖包层中液态金属湍流磁流体动力学(MHD)效应,开发了一种新的准二维单方程 MHD 湍流模型,并进行了相关数值模拟程序的编制及验证。对于矩形管道中的准二维 MHD 湍流流动,三维流 动主要发生在哈德曼层中,中心的主流区呈现出二维流动。为了反映这种特殊的流动特征,新湍流模型在标准 k-ε 模型的基础之上去掉了传统的耗散项,代之以电磁耗散项来模拟湍流 MHD 效应。同时,采用 Bradshaw 假设来对 湍流涡粘系数进行模化。为验证该湍流模型是否合理,编制了相关数值模拟程序,并利用直接数值模拟(DNS)结 果对该程序进行了校正,数值模拟结果与 DNS 结果吻合较好。计算结果表明,该湍流模型可应用于聚变堆液态 包层 MHD 湍流流动的数值模拟。