CFETR水冷固態(tài)包層瞬態(tài)與典型事故的熱工水力分析.pdf

1、核聚變是未來解決能源問題的重要途徑，包層是聚變反應(yīng)堆中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和氚增殖的關(guān)鍵部件，聚變反應(yīng)產(chǎn)生的高能中子在包層轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗訜崂鋮s劑實(shí)現(xiàn)發(fā)電，同時(shí)生成氚。目前，國(guó)內(nèi)外的包層研究處于設(shè)計(jì)階段，對(duì)包層在穩(wěn)態(tài)和事故工況下的安全特性進(jìn)行分析，制定緩解措施和設(shè)置重要運(yùn)行參數(shù)的控制系統(tǒng)，對(duì)于包層的設(shè)計(jì)工作具有重要意義。
　　本文以中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)水冷

2、固態(tài)包層（Water Cooled Ceramic Breeder,WCCB）的一個(gè)扇段為研究對(duì)象，根據(jù)包層結(jié)構(gòu)和主要運(yùn)行參數(shù)建立了一個(gè)扇段回路的RELAP5計(jì)算模型，其中一回路包括扇段包層、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器和主冷卻劑泵，二回路采用時(shí)間相關(guān)控制體進(jìn)行模擬。通過調(diào)試，模型穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)參數(shù)與設(shè)計(jì)值基本保持一致。隨后本文計(jì)算了失流事故、熱阱喪失事故和全廠斷電事故下扇段包層的事故進(jìn)程，并制訂了相應(yīng)的緩解措施。
　　失流事故的計(jì)算表明，

3、如果事故后聚變反應(yīng)立刻停止，那么包層在衰變熱和二回路熱阱的作用下能夠建立起自然循環(huán)，提供有效的長(zhǎng)期冷卻。事故中如果不采取緩解措施及時(shí)停堆，將會(huì)很快導(dǎo)致第一壁RAFM鋼和鎢鎧甲失效，發(fā)生真空室破口。
　　熱阱喪失事故的計(jì)算表明，事故中一回路溫度和壓力升高，流量下降，包層材料溫度上升，第一壁和冷卻板的RAFM鋼相繼超過限值，最終引發(fā)包層內(nèi)部失水事故。作為緩解措施，需要在事故后立刻停止聚變反應(yīng)，并且在事故發(fā)生后最遲14分鐘投入應(yīng)急系統(tǒng)，

4、恢復(fù)二回路流量，才能確保回路壓力不觸發(fā)穩(wěn)壓器安全閥并且包層內(nèi)部流體不達(dá)到飽和溫度。
　　在全廠斷電事故中，一二回路冷卻劑流量喪失，聚變反應(yīng)由于等離子體失去控制而停止，衰變熱成為唯一熱源，事故后15h包層沒有發(fā)生失效。在事故后恢復(fù)二回路流量，可以在一回路中構(gòu)建自然循環(huán)，通過非能動(dòng)的方式帶走衰變熱。
　　為了保持扇段包層運(yùn)行中主要熱工參數(shù)的穩(wěn)定，本文進(jìn)行了壓力、功率和溫度的控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。壓力通過穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)，在功率升高的預(yù)期