ITER第一壁小模块的初步高热流实验

中国作为国际热核实验堆（ITER）计划的成员国之一，其中要承担的一项重要任务是第一壁板和屏蔽包层的制造，它是ITER的关键技术也可能是未来聚变堆的核心技术之一。由于ITER第一壁板，即Be／Cu／ss复合部件的重要性，ITER国际组要求每个成员国在承担制造任务之前必须通过资格论证。从2004年起，以核西物院牵头，联合国内有关的Be生产、加工和检测单位，如宁夏有色金属有限公司、中国工程物理研究院和中国核动力院等组成了联合攻关小组。     

ITER第一壁、偏滤器靶板和壁的热负荷计算

由于日本和欧共体对固体氚增殖包层已进行了很多实验研究，并且提出了他们的1TER固体氚增殖包层模块(TBM)方案。为了设计具有中国研究基础的氚增殖包层模块方案，我们选定液态锂和锂-铅作为氚增殖材料的ITER包层模块方案。但是包层第一壁的厚度一般只有2～3cm，因为它必须小于14．1MeV聚变中子的平均自程，从结构力学的角度它是非常单薄的。     

ITER屏蔽包层第一壁人工缺陷模块热传导计算与分析

设计了3个外形一致的模块,其中两个在铍铜界面处预制有不同尺寸、形状和位置的缺陷,另一个是无缺陷的完整模块。通过有限元计算方法,分析了预制缺陷对温度分布的影响。通过无缺陷的完整模块的传热分析,评估有效的缺陷位置区域,计算了不同尺寸、形状、位置的缺陷的温度分布;根据对热传导基本公式中的各个量分别进行研究,并通过比较各种因素,得到了缺陷影响铍和铜合金界面温度的主要因素。     

管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁的初步设计

中方承制的ITER第一壁采用大量焊接连接结构,冷却通道焊缝多,冷却水泄漏风险大,且存在焊接装配难以更换缺损部件等关键问题。在全尺寸原型件工艺认证阶段,需基于半原型研发基础,对其进行更改设计。设计重点在于手指部件采用前部燕尾槽和中部螺钉连接的固定结构,手指对采用前部管管连接、中部管连接件与中心梁焊接形成内部冷却通道回路。对初步设计模型进行了结构热及弹塑性分析。分析结果显示其温度、位移、强度均在可接受范围内,可以采用这种结构继续进行整个增强热负荷第一壁的详细设计。     

ITER第一壁认证模块研制

铍与铜合金的连接是ITER屏蔽包层第一壁（FW）制造中最具挑战性的关键技术。热等静压（HIP）扩散连接是实现第一壁板材料之间连接的最佳方法之一。鉴于ITER第一壁板的制造难度,ITER国际组织（IO）要求对其制作技术进行认证。     

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给出了中国ITER氦冷固体增殖剂(HCSB)实验包层模块(TBM)整体结构的初步设计。结构设计方案以低活性铁素体钢(RAFS)为结构材料,稳定性极好的惰性氦气作为冷却剂,陶瓷硅酸锂小球为氚增殖材料。包层结构的设计特点是,采用模块化的设计方案,从而提高了包层的可靠性和安全性。     

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简要介绍了ITER计划的发展历程;综述了ITER实验包层模块计划(ITER-TBM)的历史、主要技术路线和最新的设计与研发进展;概述了与实验包层计划相关的DEMO聚变堆的定义与发展策略。最后,介绍了国内开展的基于固体增殖剂概念的ITER实验包层的初步设计概况,对TBM的研发计划提出了建议。     

ITER CH HCSB TBM一维中子学优化设计

1引言 ITER实验包层模块（Test Blanket Modules，TBM）是验证未来聚变反应堆能否实现氚自持、高热量提取的重要实验平台，也是将来发展DEMO聚变堆包层技术而进行电磁性能测试、热工水力学测试、氚增殖实验的重要工具。由于ITER对自身安全的严格要求和对TBM安全性的要求限制，TBM内部能量产生的多少和最大功率密度及其分布等参数都非常重要。同时，产氚实验也是TBM重要的目的之一，它关系到热核聚变堆氚燃料的供给。因此，提高TBM的氚增殖性能的优化设计同样具有十分重要的意义。     

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利用通用有限元程序ANSYS对中国氦冷固态氚增殖剂实验包层模块(CH HCSB TBM)第一壁进行了稳态热分析。结果表明,第一壁铍保护板和RAFM钢的最高温度符合热工安全设计要求。对第一壁表面热流密度随时间变化的瞬态情况进行了分析,给出了随时间变化的结果。对第一壁两种典型的事故情形开展了初步分析,并对分析结果和事故影响进行了相应讨论。     

Neutronics Calculation of ITER HC-SB TBM

ITER＇s test blanket modules （ TBM ） is a test-bed to demonstrate tritium self-sufficiency and extraction of high-grade heat for a future fusion reactor. It is also a test plateform to test electro- magnetic, thermo-hydraulic and tritium breeder for DEMO blanket relevant technologies. A great deal of the largest and the most important nuclear issues are related to neutronics. In consideration of strict requirements of absolute safe operation for ITER and TBM, all of probable or potential problems of TBM must be investigated such as power generation, tritium generation, thermo-hydraulics and energy production and so on.     

Environment and Safety Analysis for ITER HC-SB TBM

Environment and safety analysis of test blanket module （ TBM ） is an important part of ITER safety design process. The aim is to ensure that the TBM do not adversely affect the safety of ITER and environment around ITER. Accurate calculations of all radioactivity and potential harmfulness are very important to environment and safety analysis, nuclear waste disposing and the reactor running, and so on.     

Preliminary Design of ITER TBM with Helium-Cooled and Solid Breeder Concept

ITER will play a very important role in first integrated blanket testing in fusion environment. Some DEMO blanket relevant technologies, such as tritium self-sufficiency, extraction of high-grade heat, design criteria, environmental impacts safety requirements and will be demonstrated in ITER test blanket modules （ TBMs ）     

管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁的热工水力分析

对管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁(EHF FW)的标准手指对、边缘手指对及中心梁(CB)开展了热工水力分析.分析结果显示流速分布合理,低于1m·s-1或高于10m·s-1的区域非常小;手指对间的流量分配较合理;整个第一壁的压降为0.351MPa,小于0.4MPa的限定值;在8个循环周期内CB最高温度为409.2...     

中国氦冷固态增殖剂试验包层模块第一壁的改进设计与分析

根据中国氦冷固态增殖剂试验包层模块(CH HCCB TBM)设计方案,对TBM 第一壁进行改进设计,在ITER 相应运行工况条件下,进行了热工水力及应力计算与分析。分析结果表明,改进后的第一壁要求、最大应力值和在最高温度、冷却剂压降及应力分布方面,表现均优于原设计方案第一壁。     

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在ITER试验包层模块HC-SB TBM结构设计和热工计算分析的基础上,对包层模块中的重要部件第一壁做了优化分析。利用有限元分析软件ANSYS的可编程命令流模式,对HC-SB TBM第一壁前壁进行了温度和应力的数值模拟,在满足结构材料的许用温度和应力的前提下,给出了第一壁前壁的最佳设计方案。     

中国氦冷固态TBM对ITER环向场线圈能量沉积的影响

基于国际热核实验堆(ITER)的Alite 模型和中国氦冷固态陶瓷试验包层模块 (CN HCCB TBM),对装载了CN HCCB TBM后ITER装置的环向场线圈(TFC)的能量沉积的分布和CN HCCB TBM对能量沉积的影响进行了计算分析。结果表明,放入CN HCCB TBM 会使TFC能量沉积减小了3%左右,不会使TFC能量沉积情况恶化;TFC能量沉积主要位于内侧的14个扇区,TFC包壳和超导材料的功率密度的最大值低于限值,满足要求。     

Activation and Afterheat Calculation Analysis for TBM

Safety considerations of TBM are part of the design process to ensure that the TBM do not adversely affect the safety of ITER. So accurate calculations of all radioactivity and potential harmfulness are very important for designing of device, selecting of blanket and shield material, analyzing of the safety and environment, disposing of nuclear waste and operation of the reactor.     

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基于计算流体动力学(CFD)方法,结合首个完整的模块系统对第一壁以及与其相连接的两个隔板结构进行了热工水力分析,包括压力分析、流速分析、流量分配分析、对流换热系数分析。给出了所有分析的计算结果。同时将数值模拟计算得到的对流换热系数与相关经验公式推导得到的结果进行了比较,基本一致。     

基于CFD 方法的TBM 模块第一壁水力学分析

基于计算流体动力学(CFD)方法,结合首个完整的模块系统对第一壁以及与其相连接的两个隔板结构进行了热工水力分析,包括压力分析、流速分析、流量分配分析、对流换热系数分析。给出了所有分析的计算结果。同时将数值模拟计算得到的对流换热系数与相关经验公式推导得到的结果进行了比较,基本一致。