CN103578574A - 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层 - Google Patents

一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层 Download PDF

Info

Publication number
CN103578574A
CN103578574A CN201310484361.3A CN201310484361A CN103578574A CN 103578574 A CN103578574 A CN 103578574A CN 201310484361 A CN201310484361 A CN 201310484361A CN 103578574 A CN103578574 A CN 103578574A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tritium
reactor core
fission
fusion
covering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310484361.3A
Other languages
English (en)
Inventor
程和平
邵增
刘国明
霍小东
易璇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Original Assignee
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Nuclear Power Engineering Co Ltd filed Critical China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority to CN201310484361.3A priority Critical patent/CN103578574A/zh
Publication of CN103578574A publication Critical patent/CN103578574A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

本发明属于核电设计技术，具体涉及一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层的设计。其结构包括若干层产氚材料，在相邻的两层产氚材料之间设有慢化剂水，产氚材料与慢化剂水之间设有锆隔板，产氚包层外设有锆包壳。本发明采用产氚材料与慢化剂水间隔排列的方式，用一定厚度的锆层隔开，间隔排列的布置经过优化，能够使得氚增殖比达到尽可能大，使产氚包层能够满足次临界能源堆芯氚增殖比设计要求。

Description

一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层
技术领域
本发明属于核电设计技术，具体涉及一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层的设计。
背景技术
作为向受控核聚变电站过渡的特殊堆型，聚变-裂变混合堆在安全性、经济性、能源优化利用以及环境影响方面具有特殊的优势，以产能为主要目的的聚变-裂变次临界能源堆是聚变-裂变混合堆的一种，它将聚变堆作为产生高通量中子的中子源，在聚变装置外面包上一层裂变材料或可转换材料（如238U、232Th），通过聚变中子引起的裂变、（n,2n）和俘获反应来倍增能量和中子，从而产生电能和易裂变材料。以产能为主的裂变包层的能量倍增大，对聚变堆芯要求较低，可以实现得较早，同时混合堆的能量输出大，热效率高。
在产生能量倍增的同时，为了维持聚变堆芯的DT反应的持续进行，需要为聚变堆芯持续不断的提供氚，通常是在包层外侧布置产氚材料。产氚材料通常选用Li的化合物，主要利用6Li的（n，a）反应产生氚。该反应在热中子能量区域有较大的截面，因此，通常选择把产氚包层放置在裂变燃料组件后面，以充分利用裂变增殖和冷却剂慢化的中子。
聚变燃料循环原理要求一个源中子在包层中产生的氚原子数量必须大于1，也就是氚增殖比必须大于1。在包层中产生的氚通过载体（如氦气）带出包层，由提氚系统提取出来，再注入到聚变堆芯中进行聚变反应。考虑到氚储存、转运等过程的损耗，一般选择氚增殖比达到1.05-1.1作为设计目标。产氚包层的设计必须尽可能提高利用中子利用率，满足氚增殖比的设计要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于聚变驱动的次临界能源堆堆芯的产氚包层，以满足次临界能源堆芯氚增殖比的设计要求。
本发明的技术方案如下：一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，紧贴在燃料组件外侧设置，包括若干层产氚材料，在相邻的两层产氚材料之间设有慢化剂水，产氚材料与慢化剂水之间设有锆隔板，产氚包层外设有锆包壳。
进一步，如上所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其中，所述的产氚包层的长度和宽度都与燃料组件相等。
进一步，如上所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其中，所述的产氚材料为含锂材料，其厚度为2.0cm～4.0cm。
进一步，如上所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其中，所述的产氚材料的层数大于等于3层。
进一步，如上所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其中，所述的慢化剂水的厚度为1.5cm～2.5cm。
进一步，如上所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其中，所述的锆隔板的厚度为0.1cm～0.5cm。
进一步，如上所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其中，所述的锆包壳的厚度为0.1cm～0.8cm。
本发明的有益效果如下：目前国内外设计的包层都是考虑在聚变堆芯外布置中子增殖材料如铍等，在中子增殖材料后布置产氚包层。本发明所设计的适用于聚变驱动的次临界能源堆堆芯的产氚包层，与已有设计的中子能谱有很大不同，采用了方便经济的轻水作为慢化剂材料，是一种更先进的、具有工程可行性的布置和设计。产氚组件采用产氚材料与慢化剂水间隔排列的方式，用一定厚度的锆层隔开，间隔排列的布置经过优化，能够使得氚增殖比达到尽可能大，使产氚包层能够满足次临界能源堆芯氚增殖比设计要求。
附图说明
图1为本发明产氚包层的结构示意图；
图2为产氚材料产氚反应截面图；
图3为产氚包层各层材料中快群与热群的相对中子通量变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图1给出了产氚包层的结构示意图。本设计中，产氚包层紧贴在燃料组件外侧，它们的长度和宽度都相等，但实际上产氚包层与燃料组件在结构上是相互独立的。产氚包层采用层状结构，由产氚材料、慢化剂水和锆隔板分层构成，总厚度约为40cm。在相邻的两层产氚材料1之间设有慢化剂水2，产氚材料1与慢化剂水2之间设有锆隔板3，产氚包层外设有锆包壳4。产氚材料为含锂材料，常压的慢化剂水在产氚材料的锆隔板之间流动，起慢化作用的同时，也带走部分热量，起到冷却的作用。表1给出了产氚包层的参数表。
表1 产氚包层参数表
Figure BDA0000396553870000041
在本设计中，产氚材料与慢化剂材料相间布置，主要考虑了产氚材料的核反应特性。产氚材料主要依靠6Li的（n，a）反应产生氚，图2给出了该反应截面随中子能量的变化，由图可以看出，6Li与热中子反应有很大的热截面，因此，在产氚包层的设计中，产氚材料与慢化材料交替布置，使得经过慢化的中子能够与产氚材料充分反应，而没有被慢化下来的中子则在后面的材料层中被慢化、吸收。
为充分慢化中子，使得更多的热中子在产氚材料中发生反应，产氚材料与慢化剂的厚度十分重要。产氚材料过薄，热中子利用率不高，氚增殖比下降；产氚材料过厚，则产氚材料中没有足够多的热中子与之发生反应，且使得快中子穿过产氚材料的穿透率下降。慢化剂材料过薄，则不足以慢化中子；慢化剂材料过厚，则中子在慢化剂中被慢化成热中子后，较多部分难以进入到产氚材料，造成热中子的浪费。所有过薄或过厚的情形都会导致氚增殖比的下降。本设计中的产氚材料与慢化剂材料的厚度是经过优化的，使得热中子的利用率足够大，氚增殖比达到最大。
图3给出了产氚包层各层材料中快群与热群的相对中子通量变化，图中单数代表产氚材料层，双数代表慢化剂层。从图中可以看出中子在慢化剂中慢化、在产氚材料中被吸收的过程，验证了所设计的产氚组件布置的有效性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，紧贴在燃料组件外侧设置，其特征在于：包括若干层产氚材料（1），在相邻的两层产氚材料（1）之间设有慢化剂水（2），产氚材料（1）与慢化剂水（2）之间设有锆隔板（3），产氚包层外设有锆包壳（4）。
2.如权利要求1所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其特征在于：所述的产氚包层的长度和宽度都与燃料组件相等。
3.如权利要求1所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其特征在于：所述的产氚材料（1）为含锂材料，其厚度为2.0cm～4.0cm。
4.如权利要求3所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其特征在于：所述的产氚材料（1）的层数大于等于3层。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其特征在于：所述的慢化剂水（2）的厚度为1.5cm～2.5cm。
6.如权利要求1-4中任意一项所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其特征在于：所述的锆隔板（3）的厚度为0.1cm～0.5cm。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层，其特征在于：所述的锆包壳（4）的厚度为0.1cm～0.8cm。
CN201310484361.3A 2013-10-16 2013-10-16 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层 Pending CN103578574A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310484361.3A CN103578574A (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310484361.3A CN103578574A (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103578574A true CN103578574A (zh) 2014-02-12

Family

ID=50050172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310484361.3A Pending CN103578574A (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103578574A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104240772A (zh) * 2014-09-15 2014-12-24 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 Z箍缩驱动聚变裂变混合能源堆
CN104269193A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 中科华核电技术研究院有限公司 次临界能源包层事故缓解系统
CN106816181A (zh) * 2017-03-31 2017-06-09 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种聚变裂变反应堆的包层系统
CN106898383A (zh) * 2017-03-31 2017-06-27 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种聚变裂变包层系统的产氚模块
RU2649854C1 (ru) * 2017-09-15 2018-04-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора
CN112599282A (zh) * 2020-11-27 2021-04-02 中国核电工程有限公司 一种用于生产Pu-238同位素的聚变堆反应包层
CN116457895A (zh) * 2020-11-19 2023-07-18 托卡马克能量有限公司 增殖包层
RU2812963C1 (ru) * 2023-06-06 2024-02-06 Алексей Анатольевич Духанин Керамический модуль бланкета для термоядерного реактора

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0128092A1 (fr) * 1983-06-03 1984-12-12 Framatome Dispositif de couverture de réacteur à fusion nucléaire utilisant la réaction deutérium tritium, à matériau tritigène solide
JPS60157075A (ja) * 1984-01-27 1985-08-17 川崎重工業株式会社 核融合炉用ガス冷却型トリチウム増殖ブランケツト
JPH04178595A (ja) * 1990-11-14 1992-06-25 Kawasaki Heavy Ind Ltd 核融合炉用ブランケットの構造

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0128092A1 (fr) * 1983-06-03 1984-12-12 Framatome Dispositif de couverture de réacteur à fusion nucléaire utilisant la réaction deutérium tritium, à matériau tritigène solide
JPS60157075A (ja) * 1984-01-27 1985-08-17 川崎重工業株式会社 核融合炉用ガス冷却型トリチウム増殖ブランケツト
JPH04178595A (ja) * 1990-11-14 1992-06-25 Kawasaki Heavy Ind Ltd 核融合炉用ブランケットの構造

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘国明等: "聚变－裂变混合能源堆球模型参数敏感性分析", 《原子能科学技术》, vol. 46, no. 3, 31 March 2012 (2012-03-31) *
师学明: "聚变裂变混合能源堆包层中子学概念研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑 》, no. 4, 15 April 2011 (2011-04-15) *
师学明等: "次临界能源堆包层中子学概念研究", 《原子能科学技术》, vol. 47, 30 June 2013 (2013-06-30) *
徐红等: "聚变－裂变混合堆水冷包层中子物理性能研究", 《原子能科学技术》, vol. 43, 31 December 2009 (2009-12-31) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104240772A (zh) * 2014-09-15 2014-12-24 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 Z箍缩驱动聚变裂变混合能源堆
CN104269193A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 中科华核电技术研究院有限公司 次临界能源包层事故缓解系统
CN106816181A (zh) * 2017-03-31 2017-06-09 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种聚变裂变反应堆的包层系统
CN106898383A (zh) * 2017-03-31 2017-06-27 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种聚变裂变包层系统的产氚模块
CN106816181B (zh) * 2017-03-31 2019-06-04 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种聚变裂变反应堆的包层系统
RU2649854C1 (ru) * 2017-09-15 2018-04-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора
CN116457895A (zh) * 2020-11-19 2023-07-18 托卡马克能量有限公司 增殖包层
CN112599282A (zh) * 2020-11-27 2021-04-02 中国核电工程有限公司 一种用于生产Pu-238同位素的聚变堆反应包层
CN112599282B (zh) * 2020-11-27 2022-11-25 中国核电工程有限公司 一种用于生产Pu-238同位素的聚变堆反应包层
RU2812963C1 (ru) * 2023-06-06 2024-02-06 Алексей Анатольевич Духанин Керамический модуль бланкета для термоядерного реактора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103578574A (zh) 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯产氚包层
Zhang et al. Design aspects of the Chinese modular high-temperature gas-cooled reactor HTR-PM
Dai Thorium molten salt reactor nuclear energy system
CN108511088B (zh) 重水慢化熔盐堆堆芯及重水慢化熔盐堆系统
CN102610284B (zh) 利用快-热耦合混合能谱实现长期能量放大的混合堆包层
Pioro et al. Generation IV nuclear reactors as a basis for future electricity production in the world
Zhang et al. Design of Chinese modular high-temperature gas-cooled reactor HTR-PM
CN103578579B (zh) 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯
CN103578578A (zh) 一种先进的聚变-裂变次临界能源堆堆芯燃料组件
Ling et al. A research and development review of water-cooled breeding blanket for fusion reactors
Choi et al. A compact gas‐cooled fast reactor with an ultra‐long fuel cycle
CN103137221A (zh) 一种压力管式长寿命裂变产物嬗变的次临界包层
CN103839601A (zh) 一种外源驱动的正方形排列的径向功率展平堆芯
CN103366852B (zh) 一种用于嬗变的高通量热中子堆堆芯
Chetal et al. Indian fast reactor technology: Current status and future programme
Lightfoot et al. Nuclear fission fuel is inexhaustible
CN208385016U (zh) 重水慢化熔盐堆堆芯及重水慢化熔盐堆系统
CN103886918B (zh) 利用水冷钍铀燃料模块交叉布置的混合堆系统及运行方法
Dong et al. Dynamic Modeling and Control Characteristics of the Two‐Modular HTR‐PM Nuclear Plant
CN204087815U (zh) 模块式基于z箍缩驱动的聚变裂变混合堆包层燃料区
Wu et al. The fusion–fission hybrid reactor for energy production: a practical path to fusion application
CN104302088A (zh) 一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界反应堆的散裂靶
Suud Design study of small gas cooled fast nuclear power plant for synergetic energy system with renewable energy by employing pump storage
CN104157312B (zh) 模块式基于z箍缩驱动的聚变裂变混合堆包层燃料区
Asif et al. Advancement of Integral Fast Reactor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140212