聚變堆液態(tài)鋰鉛包層新概念設(shè)計研究.pdf

1、在聚變堆研究中，包層主要作用是將聚變粒子能量轉(zhuǎn)換為可利用能量同時增殖氚以維持聚變反應(yīng)，其相關(guān)技術(shù)是聚變能最終走向商業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。而液態(tài)鋰鉛增殖包層由于具有許多與人類發(fā)展聚變能總目標(biāo)相關(guān)的優(yōu)點而具有非常大的吸引力，使其成為聚變堆研究的重要方向。
　　 本文在廣泛調(diào)研國際聚變包層發(fā)展?fàn)顩r基礎(chǔ)上，提出了FDS(Fusion DesignStudy)聚變堆液態(tài)鋰鉛包層概念的發(fā)展思路，從技術(shù)實現(xiàn)的可行性到追求高先進性逐級遞進，

2、先后設(shè)計研究了低溫、高溫、超高溫系列鋰鉛包層概念。低溫鋰鉛包層采用氦氣單冷、鋰鉛準(zhǔn)靜態(tài)流動方案，氦氣帶走包層結(jié)構(gòu)和增殖劑鋰鉛的所有熱量，鋰鉛準(zhǔn)靜態(tài)流動僅用于進行氚提取，鋰鉛最大出口溫度只有450℃左右，較低的鋰鉛溫度對材料的腐蝕較小，較低的鋰鉛流速導(dǎo)致的液態(tài)金屬的磁流體動力學(xué)(MHD)效應(yīng)較小，因此從技術(shù)實現(xiàn)的角度，低溫鋰鉛包層主要強調(diào)技術(shù)實現(xiàn)可行性。高溫鋰鉛包層采用氦氣和鋰鉛雙冷包層概念，氦氣僅帶走結(jié)構(gòu)的熱量，鋰鉛兼氚攜帶劑同時實現(xiàn)自

3、冷，鋰鉛最大出口溫度設(shè)計為700℃左右，快速流動的鋰鉛可能會導(dǎo)致較大MHD效應(yīng)，因此高溫鋰鉛包層從技術(shù)實現(xiàn)可行性上有一定的難度，但從先進性而言具有較大的吸引力，較高的出口溫度可以達(dá)到更大的熱電轉(zhuǎn)換效率，從而提高今后聚變電站的經(jīng)濟效益和競爭性。為了進一步提高包層的熱電轉(zhuǎn)換效率，獲得極高溫?zé)幔O(shè)計了冷卻劑出口溫度在1000℃左右的超高溫鋰鉛包層概念。包層設(shè)計采用較成熟的材料技術(shù)而追求更高先進性的目標(biāo)，通過創(chuàng)新的冷卻劑流道設(shè)計獲得超過結(jié)構(gòu)材料