聚变堆液态金属锂铅包层模块氚分析研究

【摘要】：氚是聚变堆堆芯燃料之一,因而其相关技术的研究在聚变堆研究和探索中是必不可少的,也是非常重要的。而其在自然界中几乎不存在,需要通过聚变堆包层中的含锂材料与中子发生核反应而获得,以达到聚变堆中燃料氚的自持。另外,氚具有放射性和强烈的渗透性,很容易通过结构材料渗透到包层外而造成核燃料的丧失和对周围工作人员及居民的潜在放射性危害。因而氚相关系统的设计分析及安全性在聚变堆系统分析研究中具有重要意义。 目前国际上普遍关注的聚变堆包层设计方案为液态金属锂铅包层方案,这同时也是中国在聚变堆设计及在国际聚变实验堆(ITER)测试包层模块(TBM)的主要方案,即双功能液态锂铅测试包层方案——DFLL-TBM。本论文工作主要针对液态金属锂铅包层模块的特点进行了初步的包层氚分析与研究。 论文首先介绍了氚和锂铅共晶体的相关特性,分析了氚在包层中的增殖原理以及从液态锂铝中提取氚的方法,并讨论了氚的扩散、渗透机理以及防氚渗透的方法与手段。同时,针对ITER中国液态金属锂铅实验包层模块及其辅助系统的具体结构和运行特点,探讨了实验包层模块的氚提取技术,对实验包层模块系统的氚渗透途径进行了初步分析,建立了DFLL-TBM氚渗透模型,并通过编程实现了相关氚渗透的计算分析。在确保环境安全的前提下,通过计算锂铅中的氚分压分析了实验包层模块正常运行时氚从锂铅向装置不同部位的渗透量和系统内的氚滞留量;在此基础上通过改变进入氚提取系统中锂铅比例(F)和涂层氚渗透减少因子(TPRF)对氚提取及渗透的影响做了灵敏性分析,探讨了控制氚向环境渗透的可能影响因素,以及为了达到氚系统安全所需采取的可能途径或方法,为聚变堆氚系统的安全设计以及确保聚变堆的安全性提供了初步的理论依据。