聚变堆设计研究进展综述

本文综述了2006年度聚变堆设计研究的主要工作，重点是聚变示范堆DEMO设计，ITER实验包层模块（TBM）设计，聚变堆安全分析与高温、高压氦实验回路建设等方面的进展。     

聚变堆与聚变堆材料——ITER氦冷固态增殖剂实验包层模块初步设计

ITER将扮演第一次在聚变堆环境下进行包层实验的重要角色。对发展示范聚变堆的一些关键技术，如氚的自持、高等级热负荷的排出、设计标准的确定、安全需求和环境问题等将在ITER实验包层模块（test blanket module，TBM）中进行实验验证。     

聚变示范堆气体注入系统氚渗透分析

以中国聚变工程实验堆(CFETR)的堆芯参数为例, 参照ITER 的相关工程设计,对聚变示范堆(DEMO) 气体注入系统(GIS)作出了初步的管道布局考虑。基于此布局,计算了稳态运行下GIS 含氚管道气流压降,对燃料储存与输运系统的泵压头提出了要求,得出相应泵压头下GIS 的氚渗透量。计算结果表明,重力势是管道气流压降的主要原因,在负压情况下,GIS 的氚渗透对整体氚循环的影响不大。这为研究DEMO 的氚自持问题提供了相关参数,为GIS歧管布局的进一步优化奠定了基础。     

氦冷固态增殖剂聚变示范堆（HCSB—DEMO）包层的概念设计与分析

1引言 聚变示范堆（DEMO）是ITER运行后下一步聚变实践发展的方向。DEMO堆的设计研发是为将来建造商用聚变堆奠定科学和一程基础，是对聚变堆相关的技术、材料、经济性、安全性、环境和废物处理各方而进行全方位的验证评估；所以DEMO堆的设计中，包层是最重要的部件之一，中子倍增和氚增殖均发生在这一区域中。     

基于CETOL平台的中国聚变工程实验堆真空室三维公差分析

利用CATIA平台的CETOL公差分析软件对中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室进行了公差分析,在三维实体模型的基础上对目标进行模型简化和剖分。根据真空室整体装配性要求对公差进行分配,建立公差分析模型。通过敏感度和贡献度分析,确定影响目标公差的关键尺寸,对不合理的公差进行重新分配,以达到满足目标尺寸的公差要求,确保真空室的制造及装配质量。     

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。     

未来聚变堆真空室制造过程中曲面拟合算法研究

对未来聚变堆(CFETR)真空室制造过程中的制造误差和真空室结构不对称问题,将被测表面网格化,为各测量点引入权重系数,并通过最小二乘法拟合,实现了真空室部件制造误差分配的调整和轮廓精度的改善.     

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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。     

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。     

ITER中国氦冷固态氚增殖剂实验包层模块中子学设计

实验包层模块（Test Blanket Module，TBM）是将在ITER装置上进行实验的关键部件，它放在ITER装置中子流强最高、热流密度最大的赤道面位置，直接面对等离子体。TBM是为将来发展DEMO聚变堆包层技术而进行模拟和测试未来聚变电站相关材料和技术的重要实验平台。     

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。     

磁约束聚变堆及ITER实验包层模块设计研究进展

目前国际上代表性的磁约束聚变反应堆设计包括美国的ARIES系列和APEX系列、欧洲的PPCS系列、日本的SSTR系列、中国的FDS系列设计,以及国际合作的国际热核聚变实验堆等。这些设计研究涉及到聚变能科学技术发展的各个方面,包括聚变实验堆、商用示范堆和商用动力电站等的设计研究、相关物理和技术发展以及相关的能源技术与经济策略研究等。简要介绍了上述设计研究领域的现状和发展趋势。The uhimate goal of the fusion program is to develop large scale power plants for the production of electricity. At present, there are many representative designs of magnetic confinement fusion reactors in the world,e.g. ARIES and APEX in USA, PPCS in EU, SSTR in Japan, FDS in China, and International Thermonuclear Experimental Reactor （ITER）. These studies cover many aspects on fusion experimental reactors, DEMO reactors, and commercial fusion power plants, including plasma physics, blanket technologies, material behavior, and technologies required to construct and operate such complex plants. The study status and development strategy in various countries are summarized and reviewed.     

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。     

产氚聚变堆概念设计的研究

人们普遍认为要实现聚变能的商用还需要很长一段时间(至少还要50年左右)，因此，开发和利用聚变能的中间应用显得尤为重要，一方面可以在深度和广度上扩展聚变科学和技术的发展，另一方面由于中间应用产物的出现可以激励对聚变能的研究决心，使决策者加大对聚变能研究的投资力度，扩大聚变能在人们心中的影响，宣传核聚变开发的重要性和必要性。聚变能的中间     

ITER聚变功率关闭系统的一种阀门箱 结构的有限元分析

用ANSYS软件对ITER聚变功率关闭系统(FPSS)的一种阀门箱的结构在ITER各种典型荷载组合下的应力和应变进行了有限元分析，并遵照ASME及ITER标准对分析结果进行了评判。结果表明这种阀门箱结构能够满足ITER的设计要求。     

核能与聚变裂变混合能源堆

未来20年将是核能发展的一个关键时期.2035年左右,快堆有望投入商用;磁约束聚变、激光聚变、Z箍缩聚变也都有演示堆计划.聚变演示堆存在纯聚变与聚变裂变混合能源堆两种可能,而后者可降低聚变功率,缓解高能中子对材料的辐照损伤.另外,氘氚聚变供能时间有限.文章介绍了混合能源堆的概念.能源堆可充分利用铀资源,且后处理不涉及铀钚分离,有很好的防扩散性能.裂变堆、聚变堆、能源堆共同发展,可望使核能在不太长的时间内获得大规模应用,并可为人类提供千年以上的能源供应.     

ITER 聚变装置内部线圈导体高纯铜管机械性能研究

对ITER 装置内部线圈(IVC)中,管内矿物绝缘导体(SSMIC)中的无氧铜管在常温、高温下的机械性能进行了研究。结果显示高纯铜的机械性能满足设计要求,抗拉强度和屈服强度在常温、高温下均有提高。此结果为ITER 内部线圈导体的设计与性能分析提供了数据参考。     

球环型氚生产聚变堆概念设计

先进的球环型氚生产聚变堆是聚变能发展的中间应用产物。与传统托卡马克氚生产堆不同，在设计中利用了球形环的先进等离子体物理性能，并具有紧凑的结构特征，尽量利用真空室内的空间安置氚生产包层以减少氚泄露而增加氚增殖率，达到年生产富余氚lkg的目的，相应的堆利用因子为40％。在二维中子学计算的基础上，提出了ST-TPR的初步概念设计．为下一步更详细具体的概念设计提供了直接的依据和重要的参考价值。     

聚变实验增殖堆FEB-E粒子抽除和抽气系统(英文)

ＦＥＢ－Ｅ的粒子抽除是通过偏滤器进行的。由４８ 个楔形气室模件环形组装而成的ＦＥＢ－Ｅ偏滤器，位于真空室的下部，与抽气系统和冷却系统相连。ＦＥＢ－Ｅ抽气系统有二个子系统：环粗抽系统和环高真空系统。环高真空系统是由一组处于真空室内１６ 个下部舱口内的低温泵和一组处于生物屏蔽层外的附加涡轮分子泵组成的。这些低温泵能提供的名义总抽速为５７６ｍ ３·ｓ－ １。在偏滤器高中性压力（＞ １Ｐａ）情况下，低温泵入口阀节流控制抽气粒子流。由于偏滤器抽气槽路以及偏滤器下侧通至真空室下部舱口的有限的通导能力，这些低温泵在偏滤器幽僻区域有效抽速为１６０ｍ ３·ｓ－ １。这意味着偏滤器幽僻区域的中性压力应在０．５－ １．０Ｐａ 范围内，以得到８０－ １６０Ｐａ·ｍ ３·ｓ－ １（在预期的偏滤器抽气槽路温度为４７３Ｋ时）范围内的抽气流量。低温泵每次在聚变实验增殖堆燃烧１０００ｓ 后受激运行     

中国聚变工程试验堆360°全堆建模与初步核分析

基于自动化建模软件平台cosVMPT的发展,建立了包含厂房结构的中国聚变工程试验堆(CFETR)360°全堆模型,主要结构包括中心螺线管线圈、真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、杜瓦,以及精细结构的水冷包层和偏滤器.空间布置上包括16个上/下窗口和6个中窗口,2个斜窗口作为NBI束通道,其余窗口内设为屏蔽块.引入"...