我国聚变堆氚增殖循环技术最新研究进展与展望

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作者 彭述明 赵林杰 肖成建 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期284-295,共12页

氚增殖循环(也称外循环)是实现聚变堆氚燃料自持的关键。氚增殖循环由增殖剂产氚、提氚、氢同位素分离、氚分析检测等多个单元组成,各单元之间相互关联,缺一不可。依托国家重点研发计划“CFETR增殖包层氚提取与测量工程技术”项目,近期... 氚增殖循环(也称外循环)是实现聚变堆氚燃料自持的关键。氚增殖循环由增殖剂产氚、提氚、氢同位素分离、氚分析检测等多个单元组成,各单元之间相互关联,缺一不可。依托国家重点研发计划“CFETR增殖包层氚提取与测量工程技术”项目,近期在多个氚增殖技术研究中取得了新进展。主要包括:在中国绵阳堆上在线演示了增殖包层百居里级在线产氚与提氚;开展了1∶1规模的增殖包层氚提取与氢同位素分离氢氘模拟实验,动态提取效率达99.1%,停堆提取效率达99.95%,氢同位素分离浓缩倍数达104倍,回收效率达99.26%;开展了基于水精馏的含氚水处理中试试验,贫化大于2 000倍,浓缩大于20倍。基于此,对未来聚变堆的氚工厂设计和建设进行了展望。 展开更多

关键词 氚增殖循环 氚燃料自持 氚增殖技术 氚工厂

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ITER中国液态锂铅实验包层模块设计研究与实验策略 被引量：47

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作者 吴宜灿 汪卫华 +18 位作者 刘松林 黄群英 郑善良 王红艳 陈红丽 陈明亮 柏云清 宋勇 章毛连 柯严 李春京 李艳芬 胡丽琴 刘萍 李静惊 李莹 许德政 曾勤 陈义学 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2005年第4期347-360,共14页

在广泛调研和深入分析国际聚变堆包层发展状况的基础上,根据液态锂铅包层一般特点和中国发展的系列液态锂铅包层概念设计,提出了一个具有演示氦气单冷却剂和氦气/锂铅双冷却剂包层技术的双功能包层模块实验系统方案,对其性能进行了分析... 在广泛调研和深入分析国际聚变堆包层发展状况的基础上,根据液态锂铅包层一般特点和中国发展的系列液态锂铅包层概念设计,提出了一个具有演示氦气单冷却剂和氦气/锂铅双冷却剂包层技术的双功能包层模块实验系统方案,对其性能进行了分析研究,作为中国向ITER实验包层工作组(TBWG)提交的液态包层实验模块最终设计描述文件的内容框架。总结了该工作主要内容,包括基本设计思想和方案描述、性能分析概况、对辅助系统的要求和实验策略与关键技术等。 展开更多

关键词 ITER 实验包层模块 液态锂铅 实验策略

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ITER中国液态锂铅实验包层模块氚提取系统设计 被引量：17

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作者 谢波 王和义 +1 位作者 刘云怒 官锐 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2006年第3期271-275,288,共6页

ITER中国液态锂铅实验包层模块氚提取系统(TES)是通过含0.1%H2的低压氦吹洗气流,在鼓泡器中将液态锂铅内产生的氚交换和载带出来,进入同位素分离系统连续进行氚提取。给出了该系统总体参数、工艺流程、辅助设施等的设计。

关键词 氚提取 锂铅 实验包层模块 鼓泡器

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ITER中国液态锂铅实验包层模块结构设计与加工 被引量：8

4

作者 刘松林 汪卫华 +2 位作者 龙鹏程 李春京 吴宜灿 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2006年第1期92-96,共5页

根据ITER实验包层的发展目标,实验要求,限制条件,结合聚变发电反应堆FDS-Ⅱ DLL/SLL包层方案设计了DFLL-TBM原型结构,给出了加工工艺和装配序列方案。该实验模块特点是极向LiPb 流道易于布置FCI流道插件,“フ”型隔板和“盒形”背板式... 根据ITER实验包层的发展目标,实验要求,限制条件,结合聚变发电反应堆FDS-Ⅱ DLL/SLL包层方案设计了DFLL-TBM原型结构,给出了加工工艺和装配序列方案。该实验模块特点是极向LiPb 流道易于布置FCI流道插件,“フ”型隔板和“盒形”背板式联箱简化冷却方案和结构。这种简单的结构易于加工制造,易于派生出在ITER不同运行阶段实验的系列模块,符合在ITER进行SLL-TBM和DLL- TBM两种包层模块实验的策略。 展开更多

关键词 ITER 实验包层模块 结构设计 加工制造

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磁约束聚变堆及ITER实验包层模块设计研究进展 被引量：7

5

作者 吴宜灿 王红艳 +5 位作者 柯严 汪卫华 陈红丽 刘松林 黄群英 FDS团队 《原子核物理评论》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期89-95,共7页

目前国际上代表性的磁约束聚变反应堆设计包括美国的AR IES系列和APEX系列、欧洲的PPCS系列、日本的SSTR系列、中国的FDS系列设计,以及国际合作的国际热核聚变实验堆等。这些设计研究涉及到聚变能科学技术发展的各个方面,包括聚变实验... 目前国际上代表性的磁约束聚变反应堆设计包括美国的AR IES系列和APEX系列、欧洲的PPCS系列、日本的SSTR系列、中国的FDS系列设计,以及国际合作的国际热核聚变实验堆等。这些设计研究涉及到聚变能科学技术发展的各个方面,包括聚变实验堆、商用示范堆和商用动力电站等的设计研究、相关物理和技术发展以及相关的能源技术与经济策略研究等。简要介绍了上述设计研究领域的现状和发展趋势。 展开更多

关键词 聚变堆 设计 包层 国际热核聚变实验堆

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纯Fe和316L不锈钢在液态锂铅合金中的腐蚀行为 被引量：5

6

作者 谢波 王和义 +3 位作者 翁葵平 刘云怒 官锐 侯建平 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期23-28,共6页

采用挂片法、失重法和金相表面分析,进行了高纯Fe和316L不锈钢2种结构材料在350-550℃液态LiPb合金中静态腐蚀行为的研究。研究结果表明,温度及结构材料组分元素在液态LiPb合金中的溶解和质量迁移是导致材料腐蚀的主要原因,合金、结构... 采用挂片法、失重法和金相表面分析,进行了高纯Fe和316L不锈钢2种结构材料在350-550℃液态LiPb合金中静态腐蚀行为的研究。研究结果表明,温度及结构材料组分元素在液态LiPb合金中的溶解和质量迁移是导致材料腐蚀的主要原因,合金、结构材料表面的氧化皮也是影响静态腐蚀行为的一种重要参数。 展开更多

关键词 液态锂铅 腐蚀 纯Fe 316L不锈钢

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ITER双功能液态锂铅实验包层系统故障模式影响分析 被引量：4

7

作者 胡丽琴 吴宜灿 +5 位作者 陈红丽 柏云清 刘松林 汪建业 王世鹏 FDS团队 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2008年第2期167-171,共5页

实验包层模块允许放置在ITER中实验的前提是其对ITER的安全以及对工作人员和环境不构成显著影响。ITER要求各参与方的实验包层模块在实验前必须提交安全分析报告,进而获取安全许可证。在中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计基础上... 实验包层模块允许放置在ITER中实验的前提是其对ITER的安全以及对工作人员和环境不构成显著影响。ITER要求各参与方的实验包层模块在实验前必须提交安全分析报告,进而获取安全许可证。在中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计基础上,采用了故障模式影响分析(FMEA)方法对DFLL-TBM进行了安全评估与分析,得到所有可能导致严重后果的假设始发事件,验证了确定论安全分析所选择的三个参考事件可以包络所有的假设始发事件。 展开更多

关键词 ITER 实验包层模块 故障模式及影响分析

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液态锂铅合金残渣中微量氚的回收 被引量：4

8

作者 谢波 刘云怒 翁葵平 《安全与环境学报》 CAS CSCD 2008年第1期69-72,共4页

氚提取的系统设计中,如何严格限制氚损失和减小其辐射风险是非常重要的问题。利用同位素交换法对模拟液态锂铅合金残渣中的微量氚进行回收。研究结果表明,同位素交换法对液态锂铅合金残渣中的氚回收是有效的;交换载带气的最佳组成为He+0... 氚提取的系统设计中,如何严格限制氚损失和减小其辐射风险是非常重要的问题。利用同位素交换法对模拟液态锂铅合金残渣中的微量氚进行回收。研究结果表明,同位素交换法对液态锂铅合金残渣中的氚回收是有效的;交换载带气的最佳组成为He+0.1%D2。载带气相同时,交换温度和交换次数对渣中氚的回收率有显著影响。温度越高、交换次数越多,氚回收率越高;823K时,经过6次交换后的氚回收率接近80%。此外,依据气体与液态金属接触的动力学数学模型,推导出了锂铅合金滞留氚量释放的数学近似表达式。 展开更多

关键词 放射性三废处理 处置技术 锂铅合金 核聚变反应堆 氚回收 同位素交换

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ITER氦冷固体氚增殖剂实验包层模块结构设计 被引量：4

9

作者 袁涛 冯开明 +1 位作者 王晓宇 陈志 《核聚变与等离子体物理》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期195-200,共6页

给出了中国ITER氦冷固体增殖剂(HCSB)实验包层模块(TBM)整体结构的初步设计。结构设计方案以低活性铁素体钢(RAFS)为结构材料,稳定性极好的惰性氦气作为冷却剂,陶瓷硅酸锂小球为氚增殖材料。包层结构的设计特点是,采用模块化的设计方案... 给出了中国ITER氦冷固体增殖剂(HCSB)实验包层模块(TBM)整体结构的初步设计。结构设计方案以低活性铁素体钢(RAFS)为结构材料,稳定性极好的惰性氦气作为冷却剂,陶瓷硅酸锂小球为氚增殖材料。包层结构的设计特点是,采用模块化的设计方案,从而提高了包层的可靠性和安全性。 展开更多

关键词 国际热核实验堆 实验包层模块 模块结构设计

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液态锂铅合金中316L不锈钢的静态腐蚀行为 被引量：4

10

作者 谢波 王和义 翁葵平 《核技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期90-94,共5页

采用挂片法、失重法和金相分析,开展了结构材料316L不锈钢在液态锂铅(LiPb)合金中静态腐蚀行为的研究。研究结果表明:316L不锈钢中的组分元素,在液态LiPb合金中发生了溶解和质量迁移,这是导致材料腐蚀的主要原因,而温度和合金中的氧含... 采用挂片法、失重法和金相分析,开展了结构材料316L不锈钢在液态锂铅(LiPb)合金中静态腐蚀行为的研究。研究结果表明:316L不锈钢中的组分元素,在液态LiPb合金中发生了溶解和质量迁移,这是导致材料腐蚀的主要原因,而温度和合金中的氧含量是影响静态腐蚀行为最重要的参数。 展开更多

关键词 316L不锈钢 液态锂铅合金 腐蚀 结构材料

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ITER液态锂铅回路鼓泡柱中提取氚的理论计算 被引量：9

11

作者 谢波 王和义 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1115-1119,共5页

建立了1个描述ITER液态锂铅回路鼓泡提取器复杂的流体动力学的数学模型。模型中的等式无量纲,有合适的边界条件,依据正交搭配完成模拟计算。为更好地理解不同参数对鼓泡器性能的影响,引入许多假设,并将提取效率作为过程参数进行分析与... 建立了1个描述ITER液态锂铅回路鼓泡提取器复杂的流体动力学的数学模型。模型中的等式无量纲,有合适的边界条件,依据正交搭配完成模拟计算。为更好地理解不同参数对鼓泡器性能的影响,引入许多假设,并将提取效率作为过程参数进行分析与计算。在此基础上提出了鼓泡柱提取系统的初步设计参数。 展开更多

关键词 鼓泡柱 氚提取 数学模型 液态锂铅

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高温质子导体陶瓷分离回收痕量氢

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作者 夏体锐 温宏亮 覃扬 《科学技术创新》 2023年第8期205-208,共4页

为开发涉氚装置中痕量氢同位素的新型分离回收技术,采用高温质子导体陶瓷CaZr0.9In0.1O3-α材料,设计加工了一端为半球形、另一端为开口的质子导体陶瓷电化学氢泵,研究了He中100 ppm H2混合气的痕量氢分离回收性能,结果表明,脱氢因子大... 为开发涉氚装置中痕量氢同位素的新型分离回收技术,采用高温质子导体陶瓷CaZr0.9In0.1O3-α材料,设计加工了一端为半球形、另一端为开口的质子导体陶瓷电化学氢泵,研究了He中100 ppm H2混合气的痕量氢分离回收性能,结果表明,脱氢因子大于104,氢回收效率高于99%,并在氦中0.12%H2混合气条件下验证了质子导体陶瓷电化学氢泵的扩展应用技术可行性分析,证明了质子导体陶瓷电化学氢泵具有应用于痕量氢同位素分离回收的潜力。 展开更多

关键词 痕量氢分离回收 电化学氢泵 高温质子导体陶瓷 CaZr0.9In0.1O3-α

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聚变制氢堆高温液态包层热工水力学新概念研究 被引量：4

13

作者 陈红丽 吴宜灿 柏云清 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2005年第4期374-378,共5页

在深入分析聚变堆包层设计要求和目前技术发展水平的基础上,根据热化学工艺制氢需要高温热的要求,提出了一个基于技术相对成熟的低活化铁素体/马氏体钢作为主要结构材料、高压氦气与液态LiPb合金作为冷却剂、具有创新性“多层流道插件... 在深入分析聚变堆包层设计要求和目前技术发展水平的基础上,根据热化学工艺制氢需要高温热的要求,提出了一个基于技术相对成熟的低活化铁素体/马氏体钢作为主要结构材料、高压氦气与液态LiPb合金作为冷却剂、具有创新性“多层流道插件”结构方案以获得高温热能的包层热工水力学概念,建立了热工水力学模型,在利用有限元数值模拟程序进行模拟计算的基础上分析了这种新概念包层的可行性。 展开更多

关键词 聚变能 高温制氢 液态包层 热工水力学

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FEB-E氚循环系统的计算机模拟 被引量：3

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作者 邓柏权 黄锦华 谢中友 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 1998年第4期8-14,共7页

对聚变实验增殖堆（ＦＥＢ）工程概要设计的氚燃料循环构造了一个动态子系统模型，研制了模拟氚燃料循环系统的计算机程序ＳＷＩＴＲＩＭ，计算了运行一年后１０个子系统中的氚投料量和整个堆系统总的氚投料量。这对预示起动一个聚变热... 对聚变实验增殖堆（ＦＥＢ）工程概要设计的氚燃料循环构造了一个动态子系统模型，研制了模拟氚燃料循环系统的计算机程序ＳＷＩＴＲＩＭ，计算了运行一年后１０个子系统中的氚投料量和整个堆系统总的氚投料量。这对预示起动一个聚变热功率为１５０ＭＷ量级的实验增殖堆所需要的最少初始氚投料量有参考价值。计算结果表明，要求的最少初始氚贮备量除了与燃料气体净化系统和同位素分离系统中氚的平均逗留时间有关外，还与包层液态锂中提取氚的周期有关，特别是液态锂中可提取的最低氚浓度有关。另外，等离子体中的氚在第一壁、孔栏和偏滤器材料中的滞留量，在中子倍增材料Ｂｅ球中产生的氚和植入的氚也将影响要求的最少氚贮备量。 展开更多

关键词 FEB-E 氚循环系统 氚投料量 聚变实验增殖堆

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ITER中国液态锂铅实验包层模块中子学分析 被引量：4

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作者 郑善良 曾勤 吴宜灿 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2006年第3期268-270,262,共4页

基于ITER装置全模型,借助于MCNP自动建模程序MCAM,将TBM模块插入该模型的赤道窗口,使用MCNP/4C和FENDL1.0数据库,对DLL和SLL两个典型子模块设计进行三维中子学计算和分析,给出TBM模块核热功率密度分布以及氚增殖能力。

关键词 ITER实验包层模块 MCAM 中子学

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聚变反应堆含氚废水处理系统的设计 被引量：2

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作者 谢波 王和义 +1 位作者 刘云怒 官锐 《核技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期796-800,共5页

以联合电解催化交换-气相色谱(CECE-GC)为技术路线基础,对聚变反应堆(International thermonuclear experimental reactor,ITER)含氚废水处理系统(Water detritiation system,WDS)进行了总体设计和主要子系统的设计。与目前的重水提氚... 以联合电解催化交换-气相色谱(CECE-GC)为技术路线基础,对聚变反应堆(International thermonuclear experimental reactor,ITER)含氚废水处理系统(Water detritiation system,WDS)进行了总体设计和主要子系统的设计。与目前的重水提氚演示系统相比,ITER-WDS的不同之处在于不使用氢氧复合器,不采用碱性电解池而使用固体聚合物电解池(Solid polymer electrode,SPE),增加了Pd/Ag膜渗透系统进行氚的回收。 展开更多

关键词 氚水处理 设计 聚变堆

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ITER中国液态锂铅实验包层模块热工水力学设计与分析 被引量：3

17

作者 汪卫华 刘松林 吴宜灿 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2006年第3期263-267,共5页

依据ITER堆芯物理参数和中子学计算结果,给出了双功能锂铅实验包层模块热工水力学设计方案,并对氦气系统和液态金属锂铅系统压降和驱动功率进行了初步计算。相关中子学、结构、安全及MHD模拟结果证实了设计方案的可行性。

关键词 ITER 实验包层模块 双功能 热工水力学

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ITER中国液态锂铅实验包层模块结构热应力数值模拟 被引量：2

18

作者 陈红丽 吴宜灿 柏云清 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2006年第1期88-91,96,共5页

使用有限元程序对中国向国际热核实验堆ITER实验包层工作组提交的双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)的两种结构设计方案即双冷LiPh包层DLL和单冷准静态LiPb包层SLL进行热应力数值模拟,在包层结构设计、热工水力学设计和中子学计算基础上... 使用有限元程序对中国向国际热核实验堆ITER实验包层工作组提交的双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)的两种结构设计方案即双冷LiPh包层DLL和单冷准静态LiPb包层SLL进行热应力数值模拟,在包层结构设计、热工水力学设计和中子学计算基础上,给出包层结构温度场和应力场分布, 依据ITER高温结构设计标准,进一步对包层高温部件进行力学性能分析。根据这些模拟结果,分析两种结构基本设计方案的合理性和可行性,并作为进一步优化分析的基础。 展开更多

关键词 ITER DFLL-TBM 温度场 应力场

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液态锂铅合金的氢释放行为 被引量：2

19

作者 谢波 杨通在 刘云怒 《材料导报（纳米与新材料专辑）》 EI 2008年第2期237-239,247,共4页

为了完成聚变堆液态锂铅包层鼓泡提氚系统的工程设计,根据金属与氢的作用理论,采取氢替代、模拟氚的方法,对在不同温度、氢分压、氦流量操作条件下,氢从液态锂铅中的动力学释放行为建立了数学模型。理论计算结果表明,在一定的温度范围内... 为了完成聚变堆液态锂铅包层鼓泡提氚系统的工程设计,根据金属与氢的作用理论,采取氢替代、模拟氚的方法,对在不同温度、氢分压、氦流量操作条件下,氢从液态锂铅中的动力学释放行为建立了数学模型。理论计算结果表明,在一定的温度范围内,氢从液态锂铅到气相的整个释放过程是氢原子在合金中的扩散与在气-液界面发生多相反应重组的结果。 展开更多

关键词 液态锂铅 氢 扩散 释放

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液态锂锡合金中微量氢的提取 被引量：1

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作者 谢波 胡睿 +1 位作者 谢姝娴 翁葵平 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第3期172-176,共5页

为了完成混合堆包层氚提取系统的工程设计,依据气体与液态金属接触的动力学数学模型,推导了锂锡合金中氚被载带的近似数学表达式,并以氢模拟氚,利用载带法对液态锂锡合金中的微量氢进行了提取。结果表明,载带法对液态锂锡合金中氢的提... 为了完成混合堆包层氚提取系统的工程设计,依据气体与液态金属接触的动力学数学模型,推导了锂锡合金中氚被载带的近似数学表达式,并以氢模拟氚,利用载带法对液态锂锡合金中的微量氢进行了提取。结果表明,载带法对液态锂锡合金中氢的提取有效,锂锡合金1 kg时He的最佳流速在4 L/min左右;在He流速相同的情况下,温度和载带次数对氢的提取效率影响显著,温度越高,载带次数越多,氢的提取效率越高,823 K下经过6次载带后氢的提取效率达到85%。 展开更多

关键词 锂锡合金 聚变-裂变混合堆 氢提取 载带

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