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《中国科学技术大学》 2017年
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脉冲聚变堆氚循环模型的研发与应用

朱佐龙  
【摘要】:氘-氚聚变反应达到点火条件所需的"聚变三重积"最低,因而被认为是最容易首先实现应用的聚变反应。然而,1 GW的聚变功率每年将燃耗约55.6 kg氚,自然界的氚极为稀缺(约3.5kg),难以利用,因而聚变堆氘供给成了聚变研究的关键问题之一。外源生产氚不但价格昂贵且受政策管制,现有的聚变堆设计通常采用包层增殖的方式来产氘,通过氚循环系统来保证氚的稳定加料与回收,但同时各个子系统不可避免地存在氚泄漏和滞留等问题,以及盘存氚带来的安全问题。因此,需要对氚循环进行研究,研究的主要内容应包括:(1)氚自持,要求增殖氚应既能满足燃耗又能填补泄漏、滞留、衰变等损失,将决定整个聚变堆能否长期运行;(2)各子系统的氚盘存量,随时间的变化关系将决定特定时刻的氚源项,影响事故状态下的安全问题;(3)最小初始投料量,决定氚的初始投资成本,影响聚变堆的经济性。世界各国在稳态聚变堆氚循环分析方面已较为成熟,但对脉冲聚变堆的氚循环分析重视不够。而脉冲运行是聚变堆实现稳态运行前必要的探索阶段,因此研究脉冲聚变堆的氚循环比稳态聚变堆氚循环研究更加紧迫。为了探明脉冲运行模式对氚循环分析造成的具体影响,开发一种可用于脉冲模式的动态氚循环模型显得尤为重要。本文依据国际上氚循环模型研究的最新进展及经验,参考ITER氚循环设计,增加聚变增殖包层的增殖环节,采用系统动力学方法构建了氚循环研究模型。本模型能够分析脉冲/稳态两种运行模式,既能模拟短时间尺度(秒/分/时)下各个子系统氚盘存量的精细涨落,又能分析长时间尺度(年)下氚循环的自持状态,给出聚变堆所需的最小初始氚投料量。本模型分别与TAS 1.0、TRIMO开展了稳态、脉冲运行状态的校验工作,结果表明,两种运行状态下本模型均具有良好的可用性和准确度。随后,根据氚自持的主要影响因素,得了到用于氚自持/敏感性分析的简化系统动力学分析模型。本文选取典型脉冲聚变堆设计参数作为模型输入,对脉冲/稳态运行方案各氚循环子系统的盘存量、最小初始投料量和包层所需氚增殖率开展模拟研究,得到了不同脉冲长度(燃烧时间:450s,3000s;等待时间:450s/1350s,3000s/9000s)燃烧方案下子系统氚盘存量随时间变化的精细曲线。同时分析得出,(1)燃烧方案的选取将影响第一壁清洗策略;(2)脉冲方案比稳态方案所需的最小初始投料量略小;(3)包层所需氚增殖率大小与燃烧方案基本无关。其次,以TBRreq/最小初始投料量为因变量,采用简化模型对氚自持影响因素进行了敏感性分析。结果显示,燃烧可用度、燃烧份额和系统饱和滞留量是TBRreq最关键的影响因素;影响最小初始投料量的关键因素为燃烧份额和系统饱和滞留量。立足现有技术,仍应继续提高相关参数才能保证未来聚变堆的氚自持。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TL64

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李文;许虹;王秋舒;刘陟娜;曾祥婷;李梅梅;;全球铀矿资源分布以及对中国勘查开发建议[J];中国矿业;2016年06期
2 陈永静;葛智刚;刘丽乐;;核聚变将最终成为未来的能源吗?[J];科学通报;2016年10期
3 钱志成;戴晓;史鹏;尹万健;娄艳辉;邹贵付;;太阳能电池的最终效率探讨[J];科学通报;2016年09期
4 宋宇辰;王贺;李肖冰;;能源系统动力学应用研究综述[J];科技和产业;2015年05期
5 王欣;王苏礼;;世界核电延寿及退役市场初步研究[J];南华大学学报(社会科学版);2015年02期
6 熊亮萍;胡胜;侯京伟;龚宇;;等离子体排灰气处理技术研究进展[J];强激光与粒子束;2015年01期
7 周平;唐金荣;张涛;;全球锂资源供需前景与对策建议[J];地质通报;2014年10期
8 袁宝新;王明煌;蒋洁琼;汪卫华;吴宜灿;FDS团队;;加速器驱动次临界产氚反应堆ADS-T中子学初步设计与分析[J];核科学与工程;2013年02期
9 王小毅;李汉明;;地热能的利用与发展前景[J];能源研究与利用;2013年03期
10 陈国卫;金家善;耿俊豹;;系统动力学应用研究综述[J];控制工程;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 倪木一;聚变堆燃料循环与氚资源可持续性研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘春桂;我国水电发展中存在的问题与对策[D];华北电力大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李军;李学鋆;;汽车悬架非线性螺旋弹簧的设计与仿真分析[J];华侨大学学报(自然科学版);2017年06期
2 江津河;刘方旺;张运臣;;复合金属氧化物Mg_(1.5)Mn_(0.5)Ti_(0.75)O_4的锂离子交换性能研究[J];化学通报;2017年09期
3 马俊明;邱庆良;白烨;;长春市西北部地热异常及控制因素[J];吉林地质;2017年03期
4 杨洋;;系统动力学在企业成长能力研究中的应用[J];商场现代化;2017年17期
5 宋浏阳;许晓兵;;基于系统动力学的设定受益计划折现率选择研究[J];改革与开放;2017年13期
6 冯洪兰;;青海省锂资源开发利用现状及前景[J];化工矿物与加工;2017年07期
7 朱纹汶;;可再生能源——地热能的应用探讨[J];中氮肥;2017年04期
8 刘超;宋欢;;基于粒子进化的SD多功效流率函数及其应用[J];系统科学与数学;2017年07期
9 马涵玉;黄川友;殷彤;朱国宇;;系统动力学模型在成都市水生态承载力评估方面的应用[J];南水北调与水利科技;2017年04期
10 徐书婧;俞哲;周新颖;田一平;张赟阁;张芝涛;;基于强电场放电协同水力空化的气液传质研究[J];高电压技术;2017年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吕中良;CFETR氮冷固态氚增殖剂包层中子学设计及性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
2 聂淼;聚变堆部件可靠性数据修正方法研究及应用[D];中国科学技术大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 朱佐龙;脉冲聚变堆氚循环模型的研发与应用[D];中国科学技术大学;2017年
2 査凤妹;水电开发对流域可持续发展的影响研究[D];成都理工大学;2010年
3 时云;用科学发展观分析我国水电开发的利弊[D];成都理工大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡煜琦;张金带;李子颖;郭庆银;宋继叶;范洪海;刘武生;漆富成;张明林;;中国铀矿资源特征及成矿规律概要[J];地质学报;2015年06期
2 王天刚;姚仲友;汪传胜;李艾银;戴开明;;中资企业在澳大利亚矿业投资总体形势与前景[J];地质通报;2014年Z1期
3 熊亮萍;胡胜;侯京伟;任兴碧;翁葵平;罗阳明;;应用于等离子体排灰气处理的甲烷水汽重整反应的热力学分析[J];原子能科学技术;2013年12期
4 方国昌;田立新;傅敏;孙梅;;新能源发展对能源强度和经济增长的影响[J];系统工程理论与实践;2013年11期
5 任德曦;肖东生;胡泊;;世界核电布局走向及对我国核电布局的启示[J];南华大学学报(社会科学版);2013年05期
6 吴赟婷;邓伦丹;王钟庄;;煤炭机械智能系统的数据挖掘分析[J];煤炭技术;2013年10期
7 陈良玺;陈正;金玺;陈超;;俄罗斯联邦矿业投资环境分析[J];中国矿业;2013年07期
8 陈良玺;陈超;;哈萨克斯坦共和国矿业投资环境分析[J];地质与勘探;2013年04期
9 王行风;汪云甲;李永峰;;基于SD-CA-GIS的环境累积效应时空分析模型及应用[J];环境科学学报;2013年07期
10 唐丽敏;曾颖;王成武;曹荻;;基于系统动力学的物流节能减排政策模拟[J];系统工程;2013年06期
【相似文献】
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1 张国书,盛光昭,胡刚;STR型脉冲聚变堆系统参数和经济性研究[J];核聚变与等离子体物理;1999年03期
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