CFETR氚循環(huán)模型與氚自持研究.pdf

1、氚是氘氚聚變中必不可少的燃料。然而氚在自然界的豐度只有10-16％，而人工獲取氚的數(shù)量有限，并且氚半衰期較短（12.43年）導(dǎo)致氚難以長期儲存。氚資源的匱乏要求氘氚聚變反應(yīng)堆必須能夠?qū)崿F(xiàn)氚自持。通過建立聚變反應(yīng)堆氚循環(huán)系統(tǒng)模型可以模擬氚在聚變堆內(nèi)的循環(huán)，最終給出聚變堆實現(xiàn)氚自持的條件，以及氚自持的影響因素。本文從氚自持要求的參數(shù)條件及分析氚自持影響因素的角度出發(fā)，對中國聚變工程實驗堆CFETR進(jìn)行了氚循環(huán)系統(tǒng)模型研究及氚自持研究。另一方

2、面，由于氚增殖包層是實現(xiàn)氚增殖的關(guān)鍵部件，本文對CFETR氦冷固態(tài)氚增殖包層進(jìn)行了氚循環(huán)計算研究。
　　本文首先建立了氘氚聚變堆氚循環(huán)系統(tǒng)模型，模型單獨考慮了加料系統(tǒng)，并對廢物處理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)建模。然后修正了用于氚循環(huán)計算的平均滯留時間方法，修正后的計算方法考慮到了加料系統(tǒng)和等離子體內(nèi)的氚。并給出了采用數(shù)值方法計算氚自持要求的最小氚初始啟動投料量及最小氚增殖率的計算方法。
　　然后基于本文的聚變堆氚循環(huán)系統(tǒng)模型，對CFET

3、R的氚自持作出了評估，分析給出了給定設(shè)計參數(shù)下CFETR實現(xiàn)氚自持要求的最小氚初始啟動投料量及最小氚增殖率，CFETR各氚循環(huán)子系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下的氚滯留量、氚泄露速率及自持要求的氚處理能力，以及各氚循環(huán)子系統(tǒng)內(nèi)的氚滯留量隨時間的變化。
　　同時基于聚變堆氚循環(huán)系統(tǒng)模型，對評估CFETR氚自持的兩個關(guān)鍵參數(shù)，最小氚初始啟動投料量及最小氚增殖率進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析。將聚變堆內(nèi)對氚自持存在影響的參數(shù)分為兩類:堆芯等離子體燃燒參數(shù)及外部氚循環(huán)系

4、統(tǒng)參數(shù)，其中堆芯等離子體燃燒參數(shù)包括氚燃耗份額、加料效率、燃燒時間比及系統(tǒng)可用度，外部氚循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)包括各子系統(tǒng)的平均滯留時間、非放射損失比例及氚滲透轉(zhuǎn)移比例，分析了以上兩類參數(shù)對氚自持要求的最小氚初始啟動投料量及最小氚增殖率的影響規(guī)律。最后分析了氚自持對氚循環(huán)系統(tǒng)氚處理能力的要求及影響規(guī)律。
　　最后基于滲透擴(kuò)散原理和質(zhì)量平衡原理建立了CFETR氦冷固態(tài)包層氚循環(huán)模型。模型考慮了不同化學(xué)形式的氚在包層結(jié)構(gòu)材料及包層輔助系統(tǒng)間的滲