聚變堆燃料循環(huán)與氚資源可持續(xù)性研究.pdf

1、核能被認(rèn)為是可以大規(guī)模替代化石能源的重要途徑，而聚變核能在清潔性和資源儲量的豐富性方面具有無可比擬的優(yōu)越性。氚作為聚變?nèi)剂?，在自然界豐度僅為10-16％，稀少且價(jià)格昂貴，目前商業(yè)用氚主要來源于CANDU型重水堆，儲量約數(shù)十千克。但1GW聚變功率每年將消耗55.6千克的氚。同時(shí)，氚的半衰期為12.3年，無法進(jìn)行大量的生產(chǎn)與貯存。因此，聚變堆的氚自持性與啟動(dòng)投料量問題是關(guān)系聚變是否能長期發(fā)展的關(guān)鍵問題。
　　 本文基于TAS1.0的

2、氚循環(huán)模型，引入燃燒時(shí)間比等參數(shù)，優(yōu)化了循環(huán)流程與模型。同時(shí)，針對多功能聚變工程實(shí)驗(yàn)堆FDS-MFX的燃料循環(huán)流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上對其氚系統(tǒng)及其子系統(tǒng)進(jìn)行初步的概念設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了其基本的工藝流程與循環(huán)參數(shù)?；诟倪M(jìn)的模型與算法，完成了FDS-MFX的系統(tǒng)氚循環(huán)自持性研究，并敏感性參數(shù)進(jìn)行了深入的分析與討論，提出實(shí)現(xiàn)氚自持面臨的問題與挑戰(zhàn)，以及可能的解決途徑。
　　 同時(shí)，本論文開展了聚變氚資源評估。在國外現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，

3、主要對未來聚變用氚的需求量，以及可行的獲取途徑、成本、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評估，同時(shí)給出了ITER項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)所需氚資源量、未來聚變堆啟動(dòng)所需氚投料量。以啟動(dòng)氚投料量與氚自持要求為前提，判斷聚變堆（實(shí)驗(yàn)/商業(yè)運(yùn)行）所需氚資源的充足性問題，以及對應(yīng)的解決途徑。
　　 本論文在FDS團(tuán)隊(duì)多年聚變堆設(shè)計(jì)與燃料循環(huán)研究的基礎(chǔ)上，一方面從堆內(nèi)燃料循環(huán)角度考慮氚在聚變堆內(nèi)自持所需TBR與啟動(dòng)投料量;另一方面從堆外燃料循環(huán)角度考慮氚資源的充足性問題，