铜导体CFETR氦冷固态包层及屏蔽中子学设计与分析

根据铜导体CFETR设计要求,对铜导体CFETR固态包层和屏蔽进行了中子学设计与分析,提出了套管结构的氦冷固态包层设计方案。包层设计和屏蔽分析结果表明,基于套管的氦冷固态包层的氚增殖比(TBR)达到了1.25, 满足铜导体CFTER氚自持设计要求;环向场线圈绝缘层在堆寿期内不会出现显著的辐射感应电导率(RIC)与辐射引起的电气性能退化(RIED)效应。     

铜导体CFETR氦冷固态包层及屏蔽中子学设计与分析

根据铜导体CFETR设计要求,对铜导体CFETR固态包层和屏蔽进行了中子学设计与分析,提出了套管结构的氦冷固态包层设计方案。包层设计和屏蔽分析结果表明,基于套管的氦冷固态包层的氚增殖比(TBR)达到了1.25,满足铜导体CFTER氚自持设计要求;环向场线圈绝缘层在堆寿期内不会出现显著的辐射感应电导率(RIC)与辐射引起的电气性能退化(RIED)效应。     

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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。     

2GW功率下CFETR中子屏蔽的初步中子学研究

在中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室最新设计尺寸下,利用蒙特卡洛中子输运程序(MCNP)建立一维中子学模型,在2GW 的聚变功率下进行了计算。分析了中子反射材料ZrH₂ 对中子的屏蔽效果,发现200mm 的反射层可以屏蔽94.3%的中子通量和94.9%的中子核热。研究CFETR 在运行10 个满功率年(FPY)和20FPY 后,对应不同中子壁载荷的最小屏蔽包层厚度。结果显示,装置运行10FPY 后中子壁载荷在1.0MW·m⁻²、1.5MW·m⁻²、 2.5MW·m⁻² 时所对应的最小屏蔽包层厚度分别为44cm、53cm、65cm;而在装置运行20FPY 后,则需要在径向方向更厚的屏蔽包层才能满足中子屏蔽要求。屏蔽包层的尺寸优化将为目前阶段的CFETR 先进包层设计提供参考。     

核用结构材料SIMP钢低活化特性的分析与比较

在中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖(WCCB)包层的设计条件下,对水冷包层应用SIMP 钢,使用蒙特卡罗中子输运程序MCNP 与欧洲研制的材料活化计算程序FISPACT 耦合计算,分析了SIMP 钢结构材料的放射性比活度、衰变热、接触剂量率和辐照损伤等。通过与EUROFER-97、F82H 等多种低活化钢的对比发现,SIMP 钢在多个活化结果上达到国际上认可的低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)的低活化特性。因此,SIMP 钢可作为未来聚变堆包层的候选结构材料。     

CFTER包层第一壁热工水力分析

简要描述了CFETR氦冷固态增殖包层的结构设计,介绍了包层第一壁的冷却结构。用ANSYS CFX程序对CFETR包层第一壁进行了热工水力分析。研究了如何获得第一壁的最佳出口温度,并保证第一壁结构材料的热负荷承受能力。讨论了通过改变冷却管道粗糙度和优化冷却管道布置两种方法对第一壁结构进行优化。结果表明,优化的冷却回路既满足了材料的许用温度要求,又满足了氦气的出口温度要求。     

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简要描述了CFETR氦冷固态增殖包层的结构设计,介绍了包层第一壁的冷却结构。用ANSYS CFX程序对 CFETR 包层第一壁进行了热工水力分析。研究了如何获得第一壁的最佳出口温度,并保证第一壁结构材料的热负荷承受能力。讨论了通过改变冷却管道粗糙度和优化冷却管道布置两种方法对第一壁结构进行优化。结果表明,优化的冷却回路既满足了材料的许用温度要求,又满足了氦气的出口温度要求。     

中国超导聚变工程实验堆氦冷固态包层中子学设计分析

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)设计要求,参考氦冷固态包层实验包层模块(HCCB TBM)的设计经验,完成了CFETR固态包层的中子学设计分析,并评估了中平面位置可开窗口的最大面积。设计分析结果表明,基于增殖单元的固态包层中子学设计方案的氚增殖比(TBR)达到了1.243,满足CFTER氚自持设计要求;中平面可以开出的辅助窗口的最大面积为11.43m²。     

均匀化模型对CFETR氦冷包层中子学影响研究

在CFETR氦冷固态包层及球床结构的最新概念设计方案中,基于均匀化模型、仅球床均匀化模型与高保真模型分别进行了中子学计算分析.研究了结构均匀化及球床空间自屏效应对包层中子学影响以及小球尺寸对氚增殖比的影响.结果表明,(1)结构均匀化模型对氦冷包层中子学影响较小;(2)随着小球直径的减少,球床空间自屏效应堆氚增殖比的影响...     

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Using a one-dimensional (1D) neutronics model, the neutronics performance in the China fusion engineering test reactor (CFETR) with latest design dimensions of vacuum vessel is calculated under the 2GW fusion power. The shielding effect of neutron reflecting material ZrH₂ on neutrons is calculated, and it is found that the 20cm reflector can shield 94.3% neutron fluence and 94.9% neutron nuclear heat. Meanwhile, the minimum shield blanket thickness corresponding to different neutron wall loads is calculated when CFETR is operated at 10FPY (full power year) and 20FPY. The results show that the minimum shield blanket thickness are 44cm, 53cm, and 65cm corresponding to the neutron wall loads with 1.0MW·m⁻², 1.5MW·m⁻², and 2.5MW·m⁻² respectively after the device is operated at 10 FPY; whereas the shielding blanket needs to be thicker in the radial direction to meet the neutron shielding requirements after the device is operated at 20FPY. The optimized size of the shielding blanket provides a significant reference for the design of CFETR advanced blanket.     

CFETR 堆体活化计算与分析

运用FLUKA计算程序对中国聚变工程实验堆(CFETR)进行了一维模拟活化运算,得出了产氚包层、屏蔽层、真空室结构材料、环向场线圈等模块的中子活化特性。计算结果表明,在聚变堆以200MW聚变功率持续稳态运行一年后,刚停堆时堆体的总活度为1.05×10 ¹⁹ Bq,停堆十年后堆体总活度为1.03×10 ¹⁷ Bq,此时堆体的主要残留放射性核素为⁵⁵ Fe。研究结果表明,目前CFETR的设计不存在突出的放射性环境安全问题。     

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This paper considers the current China fusion engineering test reactor (CFETR) design, and simplifies it to a one-dimensional model. With the multi-particle transport code FLUKA, the neutron activation character of the tritium breeding blanket, shielding layer, vacuum vessel material and TFC of CFETR has been calculated to verify the radiation safety of the present design. The related results provide data reference for designing the components of CFETR and for further neutron activation analysis and calculation. The calculation results show that under the circumstances of one year operation with 200WM fusion power, the total radioactivity is 1.05×10 ¹⁹ Bq after shutdown and 1.03×10 ¹⁷ Bq after cooling for ten years. The primary residual nuclide is⁵⁵ Fe after decaying for ten years. It shows that there isn’t seriously activation safety issue.     

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。     

CFETR 磁体支撑初步概念设计

描述了中国聚变工程实验堆(CFETR)磁体支撑系统的初步工程概念设计，介绍了纵场(TF)磁体支撑 和极向场(PF)磁体支撑的结构设计。用解析法和有限元法对磁体支撑进行了初步的分析。分析结果表明，该设计基本满足磁体支撑的要求。     

CFETR内冷屏结构方案初探

基于现有冷屏结构,结合CFETR聚变堆装置的结构特点,提出了一种沿冷却板厚度方向钻冷却通道的深孔结构方案.对内冷屏各部件设计了并联加串联的特殊流道,采用有限元法计算了该方案内冷屏各部件的温度分布.结果表明,采用深孔法冷却方式,冷屏温度分布更均匀,降温效果更好.在输出辐射功率相近的条件下,深孔法的冷却方式可将表面辐射率上...     

CFETR中性束注入系统负离子束源概念设计

根据 CFETR 对 NBI 系统参数的需求,开展了 CFETR NBI 束源的概念设计,给出了束源的设计参数指标和总体设计方案。完成了大面积等离子体发生器和负离子加速器两部分的设计工作。     

基于蒙特卡罗的小尺度参考辐射装置屏蔽研究

针对移动式小尺度参考辐射（MRR）装置（移动式校准装置）,在进行射线辐射剂量测量的仪器仪表标定或刻度时,应满足其辐射屏蔽安全限值5 Sv/h的屏蔽技术要求,采用蒙特卡罗输运程序MCNP,开展了移动式小尺度参考辐射装置表面剂量场屏蔽的模拟计算和研究分析工作。研究结果表明,通过MCNP模拟的屏蔽设计方法可以详尽反映MRR装置各个表面的剂量分布特征和规律,实现移动式小尺度参考辐射装置屏蔽设计,采用的铅钢材料复合屏蔽方案能够保证装置硬度且显著地减轻屏蔽体的重量,最终获取的优化MRR屏蔽箱体重量约为271.9 kg。