锂铅合金释氚实验研究

由于锂铅合金因具有高增殖比、低活泼性和可能作为冷却剂的特点,被认为是最有潜力的能源堆包层氚增殖材料。在理论模型描述熔融锂铅合金氚释放行为的基础上,开展了中子辐照后Li₁₇Pb₈₃合金的离线氚释放实验。结果表明: 释放氚的化学形式99％以上为难溶于水的成分（HT或T2）; 氚滞留时间随载气中氢分压的增加而减小,氢分压达到1000 Pa后变为常数,且与实体积无关;氚释放速率对温度的依赖性符合Arrhenius定律。以此为基础得到的氚在熔融锂铅中的动力学参数结果,虽与文献值有差异,但同样证明了在633—973 K的范围内, 氚从液态锂铅到气相的整个释放过程中起决定作用的是氚在合金内的扩散和气\|液界面的多相反应重组。Lithium\|lead alloy is considered to be one of the most prominent tritium breeding materials for the fusion reactor blanket because of its high breeding ratio, and low reactivity and possible use as coolant. An out\|of\|pile experiment of tritium release from Li₁₇Pb₈₃ alloy was performed after neutron irradiation on the base of mathematical model to describe tritium release behavior from an eutectic lithium\|lead alloy. The results suggest that the dominant chemical form of the released tritium (>99%) was the water\| insoluble component (HT or T2). Tritium residence time decreased with increasing H₂pressure in carrier gas up to 1000 Pa, and above this concentration limit it became constant and not influenced by the plenum volume. The temperature dependence of the tritium release rate can be described by an Arrhenius law. Consequently, the present results on the kinetic parameters of tritium in molten Li₁₇Pb₈₃alloy are considered to be different from the values in literature, but it is the same that the overall release process is governed by the diffusion of tritium atoms in the Li₁₇Pb₈₃and by the heterogeneous reaction at the gas\|eutectic interface of the tritium atom recombination at temperatures from 633 to 973 K.     

LiAlO_2陶瓷小球的堆外放氚行为

将LiAlO2陶瓷小球置于裂变反应堆中辐照,采用热解吸技术研究该类产氚材料的堆外放氚特性,考察了升温速率、载气组分、催化活性元素和提氚温度对氚释放行为的影响;采用电子自旋磁共振(ESR)实验技术研究了辐照缺陷的顺磁特征。结果表明:LiAlO2中氚的扩散速度慢,热解吸活化能高,氚释放主要分布在750~1000K;表面氢同位素交换反应贡献大,释氚形态受载气条件的影响较大,当氦气中添加H2时,会增大HTO转化成HT的比例;中子辐照会在LiAlO2中诱生F+,O-和O2-等缺陷色心,其退火湮灭行为与氚释放过程存在一定关系。     

水冷陶瓷增殖剂包层氚输运分析

基于2015版本中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂(WCCB)包层模块设计特点,建立详细的氚输运分析模型,对不同包层模块(包括不同的增殖区)、载氚气回路、冷却剂回路和蒸汽发生器中的氚输运进行分析。结果表明不同包层模块氚的浓度、渗透量、滞留量均不同,全堆所有包层模块增殖区中氚的滞留量为6.62×10-2g,结构材料中氚滞留量为2.01g,载氚气和冷却剂回路中氚滞留量分别为4.03×10~(-4)g和0.19g,氚通过蒸汽发生器的渗透量为20mg?y~(-1),冷却剂回路中氚渗透到管道外的量为0.1mg?y~(-1)。     

LiAlO2陶瓷小球的堆外放氚行为

将LiAlO2陶瓷小球置于裂变反应堆中辐照,采用热解吸技术研究该类产氚材料的堆外放氚特性,考察了升温速率、载气组分、催化活性元素和提氚温度对氚释放行为的影响;采用电子自旋磁共振（ESR）实验技术研究了辐照缺陷的顺磁特征。结果表明:LiAlO2中氚的扩散速度慢,热解吸活化能高,氚释放主要分布在750~1000 K;表面氢同位素交换反应贡献大,释氚形态受载气条件的影响较大,当氦气中添加H2时,会增大HTO转化成HT的比例;中子辐照会在LiAlO2中诱生F+,O-和O2-等缺陷色心,其退火湮灭行为与氚释放过程存在一定关系。     

产氚锂陶瓷微球

聚变能源的开发是解决人类能源危机的重要途径之一,包层产氚是实现聚变能源的核心技术,特别是在目前的国际ITER合作计划中明确指出,各ITER参与国将提供自行设计加工的产氚包层参加ITER实验。产氚材料作为重要的一种包层材料,在产氚实验包层的设计、研发中具有重要作用。中国固态TBM产氚实验包层设计初步选择Li4SiO4陶瓷微球作为首选氚增殖剂,Li2TiO3及其他性能优异的锂陶瓷作为候选材料。     

固态氚增殖包层中球床堆积性能研究

基于球床堆积实验和离散元数值模拟对包层中球床的堆积性能做了初步研究。圆柱形一元(单尺寸颗粒)球床的堆积性能的结果显示随着球床直径与颗粒直径比的增大,球床的平均堆积因子逐渐增高,实验与模拟结果一致;采用二元颗粒(双尺寸颗粒)、提高颗粒粒度比可以显著提高球床的堆积因子,二元球床的堆积因子随着大颗粒体积分数的增加先增加后减小,在大颗粒体积分数约为60%~80%时达到最大。优化了二元球床的填充工艺,最终二元球床的堆积因子基本达到0.8,但球床的均匀性欠佳。     

飞灰-硅酸锂吸收剂捕获CO_2的实验研究

以飞灰,碳酸锂为反应原料,通过高温固相反应,添加不同比例的碳酸钾,合成出一系列可在高温下吸收CO_2的飞灰-硅酸锂新型吸收剂。用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)对材料的表面形貌和结构特征进行表征,并用热重分析仪(TG)研究了硅酸锂材料吸收CO_2的特性以及固定床来测试捕获CO_2的循环性能。实验结果表明,通过适量K元素的掺杂,飞灰-硅酸锂材料在吸收速率、容量和循环性能上都取得较好的效果,使综合利用飞灰合成硅酸锂材料捕获CO_2成为一种可行的方法。     

聚变裂变混合堆的氚工艺和氚增值剂研究

本文简要介绍聚变堆氚工艺和氚增殖剂研究的现状和我所在混合堆氚增殖剂和氚工艺研究中取得的成果,并对这一领域的继续发展提出了一些建议． In this paper the recent status and unsolved problems on tritium technologyand tritium breeding material study for fusion-fission hybrid reactor (FFHR) are described.The achievements in the research area in our institute are briefly introduced.Some suggestions on further tritium research are given.     

300＃堆在线产氚回路及其应用

本文介绍了３００~＃堆在线产氚回路的组成及其主要指标、回路运行和释氚实验概况,阐明了在线产氚回路在聚变裂变混合堆包层产氚研究中的应用和前景． An in-pile tritium production apparatus in SPRR-300 and its main charactersare introduced. The operation of the apparatus and the tritium release experiments arebriefly described. The utilization of the apparatus in tritium production study of fusionfission hybrid reactor blanket and its future are reviewed.     

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 ）     

中国TBM氚处理系统设计阶段的安全分析

以氚释放为安全分析的重点,根据氚多重包容的安全概念设计,分析了TBM氚处理系统的一种布局方式。从安全的角度进行了TBM氚处理系统的功能和材料分析,根据运行状态或危险给出了TBM氚处理系统可能存在的四个不安全状态,确定了在不同的系统状态工作人员处于不同的应急水平,应采取不同的应急措施。最后,在上述研究的基础上进行各级氚包容系统氚释放的预先危险性分析(PHA),得到了事故原因和危害后果,并提出预防氚释放危险的安全措施。     

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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。     

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。     

增殖剂球床载气体流动特性

增殖剂球床是聚变堆或混合堆产氚包层可选结构之一,准确把握增殖剂球床中载带气体的流动特性有助于提高对球床载氚过程的认识并优化包层设计。采用离散元程序PFC3D模拟增殖剂小球的填充行为,在球床内不同位置随机截取不同尺寸的控制体,利用布尔运算中的"差集"得到孔隙范围,建立孔隙分布的三维几何模型,进一步划分网格并用计算流体力学(CFD)方法求解,得出控制体上单位长度的压降以及单元体内的速度分布特征,计算结果发现载带气体速度分布与γ分布很类似,且只要选取恰当的控制体,通过计算流体力学方法可以较好地分析整个球床孔隙内流体的流动,有利于进一步研究载氚及相关过程。     

增殖剂球床载气体流动特性

增殖剂球床是聚变堆或混合堆产氚包层可选结构之一,准确把握增殖剂球床中载带气体的流动特性有助于提高对球床载氚过程的认识并优化包层设计。采用离散元程序PFC3D模拟增殖剂小球的填充行为,在球床内不同位置随机截取不同尺寸的控制体,利用布尔运算中的差集得到孔隙范围,建立孔隙分布的三维几何模型,进一步划分网格并用计算流体力学（CFD）方法求解,得出控制体上单位长度的压降以及单元体内的速度分布特征,计算结果发现载带气体速度分布与分布很类似,且只要选取恰当的控制体,通过计算流体力学方法可以较好地分析整个球床孔隙内流体的流动,有利于进一步研究载氚及相关过程。     

中国聚变工程实验堆启动氚投料量与氚平衡分析

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)堆芯设计参数及燃料系统流程模型,采用平均停留时间方法,建立燃料循环子系统的氚转移模型用来描述氚在各子系统之间的输运、滞留等过程。采用该模型,分析了不同聚变功率水平、运行因子以及燃烧率对中国聚变工程实验堆的氚平衡以及启动氚投料量的影响。