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(zhǎng)期儲(chǔ)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(shí)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(duì)中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)氚增殖的關(guān)鍵部件，本文對(duì)CFETR氦冷固態(tài)氚增殖包層進(jìn)行了氚循環(huán)計(jì)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(dú)考慮了加料系統(tǒng)，并對(duì)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(jì)算的平均滯留時(shí)間方法，修正后的計(jì)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(jì)算氚自持要求的最小氚初始啟動(dòng)投料量及最小氚增殖率的計(jì)算方法。
　　然后基于本文的聚變堆氚循環(huán)系統(tǒng)模型，對(duì)CFET

3、R的氚自持作出了評(píng)估，分析給出了給定設(shè)計(jì)參數(shù)下CFETR實(shí)現(xiàn)氚自持要求的最小氚初始啟動(dòng)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(shí)間的變化。
　　同時(shí)基于聚變堆氚循環(huán)系統(tǒng)模型，對(duì)評(píng)估CFETR氚自持的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，最小氚初始啟動(dòng)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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)氚自持要求的最小氚初始啟動(dòng)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(duì)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