CN103903652B - 一种小模块化氚增殖包层系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小模块化氚增殖包层系统，包括氚增殖包层和支撑结构。氚增殖包层采用模块化设计，为长方体结构。支撑结构有矩形和楔形，矩形支撑结构布置在氚增殖包层的背部，楔形支撑结构布置在氚增殖包层的四周。矩形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢构成矩形中空盒体，盒体空腔填充石墨，石墨内部设有圆形管道，管道内部填充高压氦气。楔形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢构成楔形中空盒体，盒体空腔填充石墨，石墨内部设有圆形管道，管道内部填充高压氦气。矩形支撑结构垂直方向预留圆形通道，布置氚增殖包层冷却剂管道。本发明结构简单，易于加工，拆卸方便，用于托卡马克核聚变装置中。
Description
技术领域
本发明涉及托卡马克核聚变装置中氚增殖包层设计的技术领域，氚增殖包层采用模块化设计，为长方体结构，楔形和矩形支撑结构布置在氚增殖包层的四周及背面，固定包层。
背景技术
在聚变装置中，包层是面向等离子体的关键部件，其主要功能包括包容高温聚变等离子体、增殖氚、能量转换和辐射屏蔽等。包层相关技术是聚变能走向商业应用所必须解决的核心技术。聚变堆包层的设计须考虑包层的氚增殖性能、屏蔽性能及更换难易度等。
聚变堆氚增殖包层主要包括固态增殖剂包层和液态增殖剂包层，包层的氚增殖能力与氚增殖材料和中子通量、中子能谱有很大关系。而包层的更换主要是通过在真空室上开窗口的方式，若窗口过多会造成大量中子泄漏，影响到产氚性能和屏蔽性能；但窗口过小又势必会影响到包层的拆卸安装。
目前，托卡马克聚变装置的包层方案主要有以下几种：(1)在聚变堆装置周围的多个扇形区内开大的水平窗口或竖直上窗口，同时拆卸或安装一个扇形区的真空室及其内部部件；(2)同时开较小的上窗口和较大的中窗口，包层模块从上窗口和中窗口进出；(3)仅开较大的中窗口，包层模块从中窗口进出。其缺点是：(1)真空室外空间有限，开足够大的竖直上窗口的可行性很小；(2)水平窗口太大，中子泄露问题严重，很难满足屏蔽要求，并且影响到氚增殖性能；(3)一次操作一列包层模块，体积大，质量重，对外部操作和空间要求高；(4)若只需对于个别包层模块进行更换，按以上方案，耗时太长，而且会影响其他部件的使用寿命。显然，寻求和发展能在真空室内完成单个包层模块的更换技术对聚变能研究与应用具有重大意义。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、拆卸方便、易加工制造的包层系统。
本发明的具体方案是：一种新型小模块化氚增殖包层系统，其特征在于：包括16个包层子系统，所述每个包层子系统包括氚增殖包层和支撑结构，所述氚增殖包层采用模块化设计，为长方体结构，所述包层子系统包括10个氚增殖包层，所述支撑结构为楔形支撑结构和矩形支撑结构，所述楔形支撑结构分布在氚增殖包层的四周，起到固定氚增殖包层的作用；所述矩形支撑结构分布在氚增殖包层的背部，所述矩形支撑结构垂直方向预留圆形通道，布置氚增殖包层冷却剂管道。
所述矩形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢和石墨构成，低活化铁素体马氏体钢构成矩形中空盒体，盒体空腔填充石墨，石墨内部设有圆形管道，管道内部填充氦气。本发明中的低活化铁素体马氏体钢为专有名词，ReducedActivationFerritic/Martensitic—RAFM钢。
所述楔形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢和石墨构成，低活化铁素体马氏体钢构成楔形中空盒体，盒体空腔填充石墨，石墨内部设有圆形管道，管道内部填充氦气。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明包层结构采用小模块化设计，质量较轻，易于吊装；
(2)本发明包层模块设计成长方体结构，易于加工制造；
(3)本发明包层模块可规模化生产，降低生产成本；
(4)本发明采用支撑结构，易于包层安装、拆卸；
(5)本发明采用支撑结构，从多个角度支撑固定包层，结构更加稳固；
(6)本发明支撑结构采用石墨材料，能够减少中子泄漏，增强包层的氚增殖能力；
(7)本发明支撑结构采用低活化铁素体马氏体钢，降低放射性废物产量。
附图说明
图1为本发明单个包层系统背视图；
图2为本发明单个包层系统俯视图；
图3为本发明单个包层系统侧视图；
图4为本发明单个包层系统正视图；
图5为本发明包层子系统示意图。
图中：1.氚增殖包层；2.左侧楔形支撑结构冷却剂管道；3.左侧楔形支撑结构外部盒体；4.左侧楔形支撑结构石墨填充物；5.矩形支撑结构石墨填充物；6.矩形支撑结构外部盒体；7.氚增殖包层冷却剂管道；8.矩形支撑结构冷却剂管道；9.右侧楔形支撑结构外部盒体；10.右侧楔形支撑结构石墨填充物；11.右侧楔形支撑结构冷却剂管道；12.上侧楔形支撑结构冷却剂管道；13.上侧楔形支撑结构外部盒体；14.上侧楔形支撑结构石墨填充物；15.下侧楔形支撑结构外部盒体；16.下侧楔形支撑结构石墨填充物；17.下侧楔形支撑结构冷却剂管道；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1－4所示，本发明单个包层及部分包层支撑结构示意图。在托卡马克核聚变装置中进行氚增殖包层设计，采用一种新型小模块化氚增殖包层系统，包括16个相同的包层子系统，如图5所示，为1个包层子系统。包层子系统包括氚增殖包层和支撑结构。氚增殖包层1采用模块化设计，为长方体结构，每个包层子系统包括10个氚增殖包层，如图5所示从内到外依次排列。支撑结构有矩形支撑结构和楔形支撑结构，楔形支撑结构包括左侧支撑结构3，右侧支撑结构9，上侧支撑结构13，下侧支撑结构15。矩形支撑结构6布置在氚增殖包层1的背部，楔形支撑结构3布置在氚增殖包层的左侧，楔形支撑结构9布置在氚增殖包层的右侧，楔形支撑结构13布置在氚增殖包层的上侧，楔形支撑结构15布置在氚增殖包层的下侧。矩形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢构成矩形中空盒体6，盒体空腔填充石墨5，石墨内部设有圆形管道8，管道内部填充高压氦气。楔形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢构成左侧楔形支撑结构外部盒体3、右侧楔形支撑结构外部盒体9、上侧楔形支撑结构外部盒体13、下侧楔形支撑结构外部盒体15，左侧盒体空腔石墨填充物4、右侧盒体空腔石墨填充物10、上侧盒体空腔石墨填充物14、下侧盒体空腔石墨填充物16，左侧石墨填充物内部设有圆形管道2、右侧石墨填充物内部设有圆形管道11、上侧石墨填充物内部设有圆形管道12、下侧石墨填充物内部设有圆形管道17，管道内部填充高压氦气。矩形支撑结构6垂直方向预留圆形通道7，布置氚增殖包层1冷却剂管道。
在托卡马克装置中，沿环向方向分成16个扇区，即每22.5度为一个扇区。每个扇区采用一个包层子系统，如图5所示。安装包层时，按照包层编号，从内包层靠近偏滤器部分开始，安装①号包层，通过螺栓将矩形支撑结构固定在托卡马克装置的真空室壁上，将①号氚增殖包层通过螺栓固定在矩形支撑结构上，在①号氚增殖包层的四周分别布置上下左右四个楔形支撑结构。将②号包层矩形支撑布置在①号包层上侧楔形支撑的上部，通过螺栓固定在真空室壁上，②号包层通过螺栓固定在矩形支撑结构上，在②号氚增殖包层的四周分别布置上下左右四个楔形支撑结构。采用相同的方法依次布置剩余的包层及支撑结构，直到⑩号包层，单个包层子系统即布置完。采用相同的方法布置另外15个包层子系统。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种小模块化氚增殖包层系统，其特征在于：包括16个包层子系统，所述每个包层子系统包括氚增殖包层和支撑结构，所述氚增殖包层采用模块化设计，为长方体结构，所述包层子系统包括10个氚增殖包层，所述支撑结构为楔形支撑结构和矩形支撑结构，所述楔形支撑结构分布在氚增殖包层的四周，所述矩形支撑结构分布在氚增殖包层的背部，所述矩形支撑结构垂直方向预留圆形通道，该圆形通道用于布置氚增殖包层冷却剂管道；
所述矩形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢和石墨构成，低活化铁素体马氏体钢构成矩形中空盒体，盒体空腔填充石墨，石墨内部设有圆形管道，管道内部填充氦气；
所述楔形支撑结构由低活化铁素体马氏体钢和石墨构成，低活化铁素体马氏体钢构成楔形中空盒体，盒体空腔填充石墨，石墨内部设有圆形管道，管道内部填充氦气。
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