CN105761762A - 一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置 - Google Patents

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胡刚
冯开明
赵周
王琦杰
曹启祥
张国书
陈颜静
向兵
张龙
赵奉超
白孟
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Abstract

本发明属于一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置。它包括子模块，每个子模块都包括有U型第一壁、上下两个盖板和子模块后板系统作为外边界，内部设有中间板，中间板两侧设有两组双层U型氦气冷却板，双层U型氦气冷却板与中间板将子模块内部分为中子倍增区和氚增殖区，在子模块后板系统上设有与双层U型氦气冷却板、盖板和中间板相通的氦冷却管道以及与氚增殖区和中子倍增区相通的提氚管道。其优点是，采用了的模块化结构；在子模块中采用了双层U型冷却板，形成有利于氚增殖的中子倍增区和氚增殖区结构排列；采用了旁路，有利于冷却剂流量的控制，从而能够保证其在ITER实验窗口的稳定安全运行的前提下实现氚增殖和高效能量提取。

Description

一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置
技术领域
本发明属于一种聚变能源的包层测试装置，具体涉及一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置。
背景技术
在受控热核聚变研究领域中，氚增殖和高效能量提取技术是实现磁约束热核聚变反应发电的关键技术。实验包层模块将作为重要部件在国际热核聚变实验堆(ITER)上进行氚增殖和能量提取的功能测试。ITER装置对于实验包层模块的要求非常严格，为实现上述两项核聚变反应的关键技术，提出一种新型的模块化设计、子模块直接面向等离子体、功能材料由两组双层U型板分格、独立的冷却系统和提氚系统的实验包层模块结构设计。
在ITER装置中，实验包层模块将面对高能量高通量中子和高热负荷的冲击，在此极端工况下如何既保证实验包层模块不影响ITER装置的安全运行又能够实现氚增殖和高效能量提取两大实验目标，具有非常重大的挑战性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够保证氚自持和高效能量提取，从而确保磁约束聚变能实现的用于氚增殖和能量提取的用于产氚和排热的实验包层测试装置。
本发明是这样实现的，一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置，它包括子模块，每个子模块都包括有U型第一壁、上下两个盖板和子模块后板系统作为外边界，内部设有中间板，中间板两侧设有两组双层U型氦气冷却板，双层U型氦气冷却板与中间板将子模块内部分为中子倍增区和氚增殖区，在子模块后板系统上设有与双层U型氦气冷却板、盖板和中间板相通的氦冷却管道以及与氚增殖区和中子倍增区相通的提氚管道。
它包括大后板，子模块是焊接在大后板上的，其内侧管道与子模块的管道一一对应，外侧的氦冷却管道和提氚管道都分别设有两个，一个作为入口，另一个作为出口，旁路管道用于调节氦冷却管道出入口的流量差。
本发明的优点是，采用了的模块化结构；在子模块中采用了双层U型冷却板，形成有利于氚增殖的中子倍增区和氚增殖区结构排列；采用了旁路，有利于冷却剂流量的控制，从而能够保证其在ITER实验窗口的稳定安全运行的前提下实现氚增殖和高效能量提取。
附图说明
图1为本发明所提供的一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置子模块的示意图；
图2为本发明所提供的一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置子模块的内部结构剖视图；
图3为本发明所提供的一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置的大后板和子模块装配图；
图4为本发明所提供的一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置的整体图。
图中：1U型第一壁，2子模块，3大后板，4氦冷却管道，5旁路管道，6提氚管道，7连接柱，8盖板，9子模块后板系统，10中间板，11氚增殖区，12中子倍增区，13双层U型冷却板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：
如图1、2所示，一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置包括子模块2，每个子模块2都包括有U型第一壁1、上下两个盖板8和子模块后板系统9作为外边界，内部有中间板10，中间板10两侧安装有两组双层U型氦气冷却板13，双层U型氦气冷却板13与中间板10将子模块内部分为有利氚增殖的中子倍增区12和氚增殖区11，在子模块后板系统9上安装有与双层U型氦气冷却板13、盖板8和中间板10相通的氦冷却管道4以及与氚增殖区11和中子倍增区12相通的提氚管道6。
所述的氚增殖区11是以小球形式堆积而成的氚增殖剂的填充区域，能承受ITER运行过程中来自压力、温度、温度梯度和热冲击的影响，同时小球在ITER运行期间即使达到最高燃耗，也不会发生过多的破损而影响提氚气体的流动，能够保持与结构材料、提氚气体环境中保持良好的相容性。所述的中子倍增区12是以铍小球作为中子倍增剂填充的区域，具有良好的中子增殖效果和热力学性能。
如图3和图4所示的用于氚增殖和排热的实验包层测试模块整体示意图，本实施例中共有4个子模块组成整个测试模块，子模块2安装在大后板3上。子模块2中的第一壁1为30mm厚的双层板结构，成U型，内含冷却通道。第一壁1可以承受ITER实验装置的高热负载和中子壁负载。以高速氦气流过第一壁1的过程中实现能量提取。
所述的后板3上安装有氦冷却管道4和提氚管道6，分别与各个子模块2上的氦冷却管道4和提氚管道6相通。大后板3上的氦冷却管道4和提氚管道6分别设有两个，一个作为入口，另一个作为出口。安装时与子模块2上的氦冷却管道3和提氚管道4的入口和出口相对应。除此外，大后板3上还装有旁路管5用于控制氦冷却管4的出入口流量差，连接柱7用于所述试验模块与其后部件的连接。
工作时，在大后板3上的氦冷却管道4的入口上充8MPa/300℃、1.3kg/s的氦气作为冷却剂，通过大后板3分流后分给第一壁1，其后部分经旁路管道5流出，其余进入各个子模块2，流经子模块2内部的子模块后板系统9、盖板8、中间板10和氦气冷却板13，然后再经氦冷却管道4的出口流出，再汇集到大后板3的氦冷却管道4的出口，从而形成整个冷却回路，通过控制子模块区域冷却剂流量，以达到控制氚增殖球床区温度的目的。
在大后板3上的提氚管道6的入口上充0.12Mpa的氦气，通过大后板3分流后分给各个子模块2，流经子模块2内部的中子倍增区12和氚增殖区11，在过程中提取氚，通过提氚管道6的出口，汇集到大后板3的提氚管道6的出口，从而实现氚在最佳温度区域释放、渗透和提取。

Claims (2)

1.一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置，其特征在于：它包括子模块(2)，每个子模块(2)都包括有U型第一壁(1)、上下两个盖板(8)和子模块后板系统(9)作为外边界，内部设有中间板(10)，中间板(10)两侧设有两组双层U型氦气冷却板(13)，双层U型氦气冷却板(13)与中间板(10)将子模块内部分为中子倍增区(12)和氚增殖区(11)，在子模块后板系统(9)上设有与双层U型氦气冷却板(13)、盖板(8)和中间板(10)相通的氦冷却管道(4)以及与氚增殖区(11)和中子倍增区(12)相通的提氚管道(6)。
2.如权利要求1所述的一种用于氚增殖和排热的新型实验包层测试装置，其特征在于：它包括大后板(3)，其氦冷却管道(4)和提氚管道(6)都分别设有两个，一个作为入口，另一个作为出口，旁路管道(5)调节氦冷却管道(4)出入口的流量差。
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