CFETR屏蔽包層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、“中國核聚變工程試驗(yàn)反應(yīng)堆”-CFETR(Chinese Fusion Engineering TestingReactor)是驗(yàn)證聚變堆關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題的重要課題。目前，CFETR已經(jīng)開展前期的預(yù)備研究工作。CFETR聚變試驗(yàn)堆是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，由很多功能部件組成，其中屏蔽包層是用于屏蔽核聚變反應(yīng)過程中所產(chǎn)生中子的部件，對(duì)核聚變堆其它關(guān)鍵部件的保護(hù)和環(huán)境的保護(hù)起到非常關(guān)鍵的作用。
　　根據(jù)CFETR概念設(shè)計(jì)階段對(duì)屏蔽包層提

2、出的工程和物理要求，以及CFETR真空室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文完成了CFETR屏蔽包層的總體概念設(shè)計(jì)，屏蔽材料研究和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并完成了相關(guān)的性能分析研究。通過MCNP中子學(xué)分析和ANSYS有限元仿真，驗(yàn)證了屏蔽包層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可靠性，分析結(jié)果表明該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)達(dá)到了CFETR概念設(shè)計(jì)階段提出的要求。
　　論文首先根據(jù)CFETR真空室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)屏蔽包層進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和布局。屏蔽包層采用模塊化設(shè)計(jì)方案，并基于CATIA三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維

3、建模。增殖區(qū)域屏蔽包層環(huán)向20°為一個(gè)扇形段，每個(gè)扇形段又分為內(nèi)包層區(qū)，上窗口區(qū)，外包層區(qū)，共計(jì)17個(gè)模塊。每個(gè)模塊的尺寸根據(jù)其所處空間位置做相應(yīng)的調(diào)整。偏濾器區(qū)域屏蔽包層環(huán)向7.5°為一個(gè)扇形段，每個(gè)扇形段與偏濾器cassette盒子進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。
　　其次，對(duì)未來聚變堆可能用的屏蔽材料316L(N)-IG，低活化馬氏體鋼F82H和WC等進(jìn)行了研究。綜合考慮材料的物理、機(jī)械性能，抗腐蝕能力，抗輻照性能和中子屏蔽能力，最終選擇低

4、活化馬氏體鋼F82H作為CFETR屏蔽包層的結(jié)構(gòu)材料。
　　然后，根據(jù)CFETR的中子核熱以及概念設(shè)計(jì)階段提出的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)地研究了屏蔽包層模塊的冷卻系統(tǒng)。對(duì)于增殖區(qū)域屏蔽包層，通過分析比較和優(yōu)化，得到滿足設(shè)計(jì)要求的冷卻系統(tǒng)方案。偏濾器區(qū)域屏蔽包層受到的熱負(fù)載較低，冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡單。
　　最后，就主等離子體破裂事件對(duì)屏蔽包層進(jìn)行了電磁分析。發(fā)生主等離子體破裂時(shí)，10MA的電流在毫秒量級(jí)迅速衰減為0，屏蔽包層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生巨大

5、的感應(yīng)渦流，從而引起電磁力。本文對(duì)等離子體電流線性和指數(shù)兩種衰減模式分別進(jìn)行了討論，得到增殖區(qū)域和偏濾器區(qū)域屏蔽包層的渦流分布和電磁力分布，為包層連接件的設(shè)計(jì)提供電磁載荷依據(jù)。
　　CFETR屏蔽包層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方案基本滿足概念設(shè)計(jì)階段對(duì)屏蔽包層提出的設(shè)計(jì)要求。論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于首次對(duì)聚變堆的屏蔽包層進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)和初步分析，本文的重點(diǎn)在于屏蔽材料的研究、增殖區(qū)域屏蔽包層的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及主等離子體破裂事件時(shí)屏蔽包層