基于ITER的聚變堆屏蔽關(guān)鍵性問題研究.pdf

1、聚變能被認(rèn)為是未來能夠永久解決人類能源問題的清潔能源。目前歐洲、中國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯等各主要國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行了一系列聚變反應(yīng)堆相關(guān)研究。輻射屏蔽作為聚變反應(yīng)堆的重要子系統(tǒng)，是聚變輻射安全的第一道防線。但是，由于聚變堆的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊的屏蔽要求，現(xiàn)有裂變堆和加速器屏蔽設(shè)計(jì)的工具與經(jīng)驗(yàn)不能直接套用，需要針對(duì)聚變堆屏蔽問題進(jìn)行專門的研究。
　　作為目前最大的國(guó)際科技合作項(xiàng)目之一，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)已經(jīng)進(jìn)入工程建造階段，建成

2、后將為聚變能最終走向工程應(yīng)用發(fā)揮重要作用。輻射屏蔽是ITER裝置安全研究的主要內(nèi)容之一，對(duì)其下一步獲取安全許可具有重要意義。因此，本文基于國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)裝置ITER的設(shè)計(jì)，開展聚變堆輻射屏蔽的初步研究，具體內(nèi)容包括:
　　(1)從聚變堆的基本工作原理出發(fā)，分析聚變堆的輻射源類型及其特征，針對(duì)聚變堆部件及人員防護(hù)的目標(biāo)，結(jié)合調(diào)研，明確聚變堆屏蔽設(shè)計(jì)的要求及其限值確定依據(jù)，包括超導(dǎo)磁體、焊接部件、電子設(shè)備等重要部件的屏蔽要求，人員防

3、護(hù)要求以及托卡馬克裝置的劑量率控制要求等，最后總結(jié)聚變堆屏蔽的方案設(shè)計(jì)、計(jì)算評(píng)估、設(shè)計(jì)驗(yàn)證幾大方面存在的問題與挑戰(zhàn)。
　　(2)在ITER設(shè)計(jì)與已開展的分析基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的設(shè)計(jì)變化，通過提高模型精度、改進(jìn)計(jì)算方法，進(jìn)一步研究ITER裝置中面向等離子體部件的冷卻劑活化問題、典型包層活化問題，對(duì)ITER托卡馬克裝置中比較典型的屏蔽問題進(jìn)行補(bǔ)充分析，重點(diǎn)評(píng)估了包層中第一壁與屏蔽塊間重復(fù)焊接的可行性，比較分析了ITER窗口貫穿輻射對(duì)低溫

4、室停堆維修劑量的影響，評(píng)估優(yōu)化了ITER托卡馬克大廳窗口室屏蔽設(shè)計(jì)、熱室大廳屏蔽設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了ITER目前屏蔽方案的不足和缺陷，并提出優(yōu)化建議和改進(jìn)措施。同時(shí)，根據(jù)ITER與未來聚變堆的異同點(diǎn)，結(jié)合ITER屏蔽評(píng)估結(jié)果，定性地分析未來聚變堆的屏蔽設(shè)計(jì)中將可能存在的問題與難點(diǎn)，并討論ITER設(shè)計(jì)分析經(jīng)驗(yàn)的適用性，可為未來高功率聚變堆的屏蔽設(shè)計(jì)與分析工作提供一定的參考和指導(dǎo)作用。
　　(3)針對(duì)屏蔽計(jì)算中模型簡(jiǎn)化、材料均勻化、中子能群結(jié)