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基于中国ITER氦冷固态增殖剂试验包层(CHHCSBTBM)3×3模块化结构设计,借助一维中子输运计算程序ONEDANT和二维中子输运计算程序TWODANT,对ITER实验包层模块(TBM)设计的中子学问题进行计算。计算出产氚增殖比以及不同材料区的功率密度、中子通量分布和产氚增殖率,并对计算结果进行分析比较。     

ITER试验包层模块的中子学分析与设计

ITER试验包层模块(TBM)的中子学的设计和计算结果为TBM的其它大多数系统设计提供重要的数据依据。本文首先应用TRANSX程序完成基于FENDL2.0新库制作,以及中子输运程序和数据库的基准检验;然后应用二维中子输运程序TWODANT,计算和分析了中国氦冷Li₄SiO₄固体氚增殖剂的试验包层模块的功率密度分布、增殖区产氚特性、结构材料的中子辐照特性、结构材料和增殖材料的产氢和产氦等特性,并给出一个经合理优化的 TBM中子学初步设计结果。     

ITER HC-SB TBM中子学计算

ITER实验包层模块（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陛能测试、热工水力学测试、氚增殖实验的重要工具。TBM位置在ITER装置中中子流强最高、热流密度最大的赤道面，因其位置的强中子辐照特性，TBM中的大量问题都受中子的影响。由于ITER对自身安全的严格要求和对TBM安全性能的要求限制，所以准确计算TBM内部与中子学有关的中子通量、功率密度分布和氚增殖特性等显得非常重要。     

水冷氚增殖包层的中子学模拟

建立起锂球壳模型,用三个不同的聚变评价中子数据库--FENDL2.1、FENDL3.0和JEFF3.2分别进行了中子输运模拟,比较了三个数据库的模拟结果。再对水冷增殖包层分别建立一维中子学模型和三维中子学模型,进行中子输运模拟。分析模拟结果表明,选择FENDL3.0作为水冷增殖包层三维中子学模拟的数据库;水冷增殖包层一维中子学模拟优先考虑柱壳模型模拟;水冷氚增殖包层的三维中子学模拟所得氚增殖率TBR能满足氚自持要求;而且外包层的TBR贡献是主要的。     

氦冷固态增殖实验包层安全分析研究进展综述

介绍了氦冷固态增殖实验包层(HCCB TBM)系统,该系统主要由TBM 包层、氦冷却系统、氚提取系统、冷却剂净化系统、氚计量系统和中子活化系统等组成。TBM 结构安全分析主要包括电磁安全分析、热工水力安全分析和中子学安全分析,TBM 材料安全分析主要包括结构材料安全分析、阻氚涂层和氚处理等功能材料安全分析。对国内外学者在上述安全分析研究工作中取得的研究进展进行综述,并对TBM 未来的安全分析工作进行展望,以期对其安全设计提供参考。     

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建立起锂球壳模型,用三个不同的聚变评价中子数据库——FENDL2.1、FENDL3.0和JEFF3.2分别进行了中子输运模拟,比较了三个数据库的模拟结果.再对水冷增殖包层分别建立一维中子学模型和三维中子学模型,进行中子输运模拟.分析模拟结果表明,选择FENDL3.0作为水冷增殖包层三维中子学模拟的数据库;水冷增殖包层一维中子学模拟优先考虑柱壳模型模拟;水冷氚增殖包层的三维中子学模拟所得氚增殖率TBR能满足氚自持要求;而且外包层的TBR贡献是主要的.     

ITER氦冷固态增殖剂试验包层模块中子学设计与优化

针对ITER中国氦冷固态增殖剂试验包层模块(HCCB TBM)的概念设计方案进行了初步中子学设计和优化。在铍球床填充率从80%降为62%的情况下,通过调整TBM内部结构的材料和布置,提出了一种中子学性能更好且满足安全要求的设计方案。计算结果表明,优化后HCCB TBM的产氚率比概念设计值提高的满功率运行一天后的产氚量为0.42mg,但总核热和最大功率密度有了一定降低。     

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基于中国ITER氦冷固态增殖剂实验包层(CH HCSB TBM)最新2×6模块化结构设计,用三维中子输运计算程序MCNP/4C和相应数据库,对ITER实验包层模块设计的中子学问题进行计算分析,计算出在实际运行工况下,氚增殖率为0.0123g.d-1,整个TBM内的核热沉积为0.587MW。在各材料区内,最高功率密度为6.26MW.m-3,同时给出了不同材料区的功率密度。     

具有3×3子模块结构的中国HCSBTBM的三维中子学计算

采用三维中子学程序MCNP及FENDL2．0数据库,对具有3×3子模块结构的中国氦冷固体增殖剂（HCSB）的氚增殖包层模块（TBM）进行了三维中子学计算。计算条件是:壁负载因子是0．78MW／m^2、运行因子是22％。计算得到的TBM氚增殖比（TBR）是 0.907、总氚产生率是0．0175g／d、最大功率密度9．27MW／m^2及总功率沉积0．422MW／m^3。By using three-dimension MCNP code and FENDL2.0 data library, the neutronics calculation for a HCSB （Helium Cooling Solid Breeder） TBM （Test Blanket Module） with 3 × 3 sub-modules has been performed. Under neutron wall loading of 0.78 MW/m^2 and duty factor of 22%, it is given for the tritium breeding ratio （TBR） of 0. 907, total tritium generation rate of 0.0175 g/d, peak power density of 9.27 MW/m^3 and total power deposiit of 0.422MW/m^3.     

中国氦冷固态实验包层2×6模型三维中子学计算

基于中国ITER氦冷固态增殖剂实验包层（CH HCSB TBM）最新2×6模块化结构设计,用三维中子输运计算程序MCNP／4C和相应数据库,对ITER实验包层模块设计的中子学问题进行计算分析,计算出在实际运行工况下,氚增殖率为0．0123g·d^-1,整个TBM内的核热沉积为0．587MW。在各材料区内,最高功率密度为6．26MW·m^-3,同时给出了不同材料区的功率密度。     

ITER中子通量监测控制系统建模与设计

根据中子诊断系统测量和控制的需求分析,在Enterprise Architect平台上建立了中子通量监测系统的设计模型。按照ITER制定的仪器控制系统框架,基于用例以及延伸出的系统需求和用户需求,进行了包括信号调理、运行控制、测量计算等功能的详细分析。通过功能映射设计出等离子放电、设备维护检修以及系统验收测试等工作模式下的自动运行流程,完成了符合ITER控制、数据采集及通讯规范的软硬件架构以及与ITER中央控制系统集成的初步设计方案。     

Thermal hydraulic and mechanical analysis of CH HCSB TBM

1 Introduction According to the proposed structure design, the neutronics analyses of the CH HCSB TBM in ITER D-T phase have been given [1]. Based on the heat loads conditions of the test blanket module and the results of neutronics calculation during ITE…     

Calculations of the 3-D neutronics for CH HCSB TBM with 3×3 sub-modules

Using three dimension MCNP code and FENDL2.0 data library, neutronics calculation for a HCSB (helium cooling solid breeder) TBM (test blanket module) with 3×3 sub-modules has been performed. Local tritium breeding ratio (TBR) of 0.907, total tritium generation rate of 0.0175g·d-1, peak power density of 9.27MW·m-3 and total power deposit of 0.422MW·m-3 are obtained under neutron wall loading of 0.78MW·m-2 and duty factor of 22%.     

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基于ITER装置窗口C,完成了中国氦冷固态增殖剂试验包层模块的设计改进,给出了模块主要性能参数和设计参数。改进后的TBM包层模块外围尺寸为环向484mm、纵向1660mm和极向675mm。根据该模块设计的结构特点,对研制用材料CLF-1钢真空扩散连接和真空电子束焊等关键工艺进行了研究,初步探索了第一壁等关键部件的研制工艺流程,并最终成功试制了第一壁和子模块冷却板模拟件。     

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Helium cooled ceramic breeder test blanket module (HCCB TBM) was introduced. The TBM system is mainly composed of test blanket, helium coolant system, tritium extraction system, coolant purification system, tritium measurement system and neutron activation system. The structural safety analysis of TBM mainly includes electromagnetic safety analysis, thermal-hydraulic safety analysis and neutronics safety analysis. The material safety analysis of TBM is divided into safety analysis of structural material, safety analysis of functional materials, such as tritium permeation barrier and tritium treatment materials. The research progress made by scholars at home and abroad in the above-mentioned security analysis research work was summarized, and the future safety analysis of the TBM tritium system was looked forward to, with a view to providing reference for the safety design of tritium systems.     

Calculations of the 3-D neutronics for CH HCSB TBM with 3×3 sub-modules

Using three dimension MCNP code and FENDL2.0 data library, neutronics calculation for a HCSB (helium cooling solid breeder ) TBM ( test blanket module ) with 3×3 sub-modules has been performed. Local tritium breeding ratio (TBR) of 0.907, total tritium generation rate of 0.0175 g•d^-1, peak power density of 9.27MW•m^-3  and total power deposit of 0.422MW•m^-3 are obtained under neutron wall loading of 0.78MW•m^-2 and duty factor of 22%.