CN107093466A - 一种套管式的聚变堆氦冷包层结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，包括有由上盖板、下盖板、第一壁构成的包层结构，包层结构中包括有套管式增殖单元、氦冷却剂回路和氚提取回路，所述氦冷却剂回路包括有设置在包层结构上的氦冷回路进气口、氦冷回路出气口和设置在包层结构内的集流腔体A、集流腔体B、集流腔体C，所述氚提取回路包括有设置在包层结构上的提氚回路进气口、提氚回路出气口和设置在包层结构内的提氚气体集流腔体A、提氚气体集流腔体B。本发明采用套管式结构不仅满足了氚增殖单元冷却和提氚的要求，而且在满足结构材料温度许用值的基础上提高了氚增殖材料的温度，有效提高了氚的提取效率。

Description

一种套管式的聚变堆氦冷包层结构
技术领域
本发明涉及核聚变氚增殖包层领域，具体是一种套管式核聚变装置的氚增殖氦冷包层结构。
背景技术
受控磁约束核聚变是目前自然科学研究中具有重大意义的前沿研究领域，其基本目标是实现氘氚核聚变反应，为人类提供新能源。氚增殖包层是核聚变的关键部件，其主要功能是高温能量提取和维持氚自持的氚增殖能力。因此，包层是实现核聚变发电的关键技术之一。
包层根据氚增殖剂的形态主要分为液态氚增殖剂包层和固态氚增殖剂包层。液态氚增殖剂包层一般又分为液态金属氚增殖包层和液态熔盐氚增殖剂包层。液态包层虽然具有着良好的几何适应性,简化结构设计，但是也同样会带来一些问题。如液态金属在高温下对结构材料有较强的腐蚀作用，液态金属在聚变堆的强磁场环境下流动会导致磁流体动力学效应，增加液体流动的压力降和功率损耗。
固态氚增殖剂包层由于各个区域均需要布置冷却回路，因此结构比液态氚增殖剂包层复杂。但是它具有冷却剂对结构材料无腐蚀性、无磁流体动力学效应等优点，因此其设计理念被国内外聚变装置广泛使用。固态氚增殖剂包层根据冷却剂不同主要分为水冷固态氚增殖剂包层和氦冷固态氚增殖剂包层两种。在进行固态包层设计时，一般采用正硅酸锂、钛酸锂等锂的化合物作为氚增殖材料。氚增殖率由于受到核聚变反应中子数量的限制,氚增殖率相对较低。因此在固态包层结构中一般还需要加入中子倍增材料以提高包层的氚增殖率，中子倍增剂一般采用Be或Be12Ti等材料。由于包层结构在装置运行时受到中子辐照作用，包层结构材料均采用低活化钢，避免废料难以处理。氚提取需要专门的回路，提氚气体一般为氦气和氢气的混合气体，其原理是通过氢气与氚的同位素交换方式把氚带出包层结构。
固态氚增殖剂包层的氚增殖剂需要较高的温度来提高氚的释放率，因此在进行固态增殖剂包层设计时，氚增殖剂材料和中子倍增剂材料一般采用球床的形式，以便减小热应力和方便氚的提取等。为了提高包层的氚增殖率，冷却回路、提氚回路和结构材料所占的空间应越小越好，如何将冷却回路以及提氚回路集成到有限的空间中但是又不影响两个回路各自功能的实现，同时还需满足结构材料的设计许用值，是固态氚增殖剂包层设计的重要内容。
发明内容
本发明目的就是提供一种用于氦冷固态氚增殖剂包层结构，解决现有技术存在的问题。
本发明采用的技术方案为：
一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：包括有由上盖板、下盖板、第一壁构成的包层结构，包层结构中包括有套管式增殖单元、氦冷却剂回路和氚提取回路，所述氦冷却剂回路包括有设置在包层结构上的氦冷回路进气口、氦冷回路出气口和设置在包层结构内的集流腔体A、集流腔体B、集流腔体C，所述氚提取回路包括有设置在包层结构上的提氚回路进气口、提氚回路出气口和设置在包层结构内的提氚气体集流腔体A、提氚气体集流腔体B；所述氦冷却剂回路中氦气由氦冷回路进气口进入，经集液腔体A分流后进入第一壁和上、下盖板，然后进入集流腔体B，通过集流腔体B进入套管式增殖单元，最后汇集到集流腔体C经过氦冷回路出气口流出包层结构；所述氚提取回路中提氚气体由提氚回路进气口进入提氚气体集流腔体A，经过提氚气体集流腔体A给套管式增殖单元的各个氚增殖套管结构分流，带走氚增殖区产生的氚，然后进入提氚气体集流腔体B，最后通过提氚回路出气口流出包层结构。
所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述套管式增殖单元的氚增殖套管结构采用内外两层冷却剂流动的结构；氚提取回路结构为管道内部用薄板隔离，提氚气体进入管道的半边区域然后流经另外半边区域，使提氚回路进气口与提氚回路出气口处于管路同一端。
所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述氦冷却剂回路和氚提取回路在第一壁和上、下盖板均采用内部开槽结构，其余区域采用板与管、管与管或板与板焊接方式组成回路。
所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述氦冷却剂回路和氚提取回路的所有结构均采用低活化钢制造。
所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述的氦冷却剂回路的管道的尺寸、冷却剂流量以及集流腔体的尺寸根据管道所在的空间以及所需移除的热负荷确定；氚提取回路的管道尺寸及提氚气体的流量根据套管式增殖单元的具体设计来确定。
本发明的优点是：
本发明套管式增殖单元结构，不仅能够同时实现结构冷却、增殖材料冷却和氚提取的要求，同时又将冷却回路和提氚回路的出入口设计在同一端，简化了冷却结构并节省了空间，但又不影响其各自的功能。
附图说明
图1为套管式聚变堆氦冷包层的整体结构图。
图2为套管式聚变堆氦冷包层的整体结构爆炸图。
图3为冷却回路及提氚回路的内部结构图。
图4为冷确回路及提氚回路局部放大视图。
具体实施方式
如图1、2、3、4 ，一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，包括有氦冷却剂回路及氚提取回路，氦冷却剂回路中氦气由氦冷回路进气口1进入集流腔体A 2，经过集流腔体A 2分流后再进入第一壁3、上盖板4和下盖板5，完成冷却后一起汇集到集流腔体B 6，然后进入套管式增殖单元的所有套管式结构的外管7，由外管7流入套管式增殖单元的所有套管式结构的内管8汇集到集流腔体C 9，最后由集流腔体C 9进过氦冷回路出气口10流出包层结构。
氚提取回路中提氚气体由提氚回路进气口11进入提氚气体集液腔体A 12，经过其分流后进入套管式增殖单元的增殖球床其中一半区域13，然后进入套管式增殖单元的增殖球床另一半区域14，最后汇集到提氚气体集液腔体B 15经过提氚回路出气口16流出。
氦冷却剂回路在第一壁3、上盖板4和下盖板5均采用内部开槽结构，其余位置的腔体或管道采用板与管、管与管或板与板焊接方式组成回路。冷却剂采用氦气，流量大小根据聚变堆运行时包层的实际热载荷和冷却要求确定。
进出气口1、10、11、16、第一壁3、上盖板4、下盖板5等结构均由低活化钢制造，满足结构的机械强度以及导热要求。
氦冷却剂回路的冷却管道的尺寸以及集流腔体的尺寸根据管道所在的空间以及所需转移的热载荷确定；氚提取回路的提氚管路尺寸及提氚气体的流量根据管路所在的空间以及所产生的氚的量来确定。

Claims (5)

1.一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：包括有由上盖板、下盖板、第一壁构成的包层结构，包层结构中包括有套管式增殖单元、氦冷却剂回路和氚提取回路，所述氦冷却剂回路包括有设置在包层结构上的氦冷回路进气口、氦冷回路出气口和设置在包层结构内的集流腔体A、集流腔体B、集流腔体C，所述氚提取回路包括有设置在包层结构上的提氚回路进气口、提氚回路出气口和设置在包层结构内的提氚气体集流腔体A、提氚气体集流腔体B；所述氦冷却剂回路中氦气由氦冷回路进气口进入，经集液腔体A分流后进入第一壁和上、下盖板，然后进入集流腔体B，通过集流腔体B进入套管式增殖单元，最后汇集到集流腔体C经过氦冷回路出气口流出包层结构；所述氚提取回路中提氚气体由提氚回路进气口进入提氚气体集流腔体A，经过提氚气体集流腔体A给套管式增殖单元的各个氚增殖套管结构分流，带走氚增殖区产生的氚，然后进入提氚气体集流腔体B，最后通过提氚回路出气口流出包层结构。
2.根据权利要求1所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述套管式增殖单元的氚增殖套管结构采用内外两层冷却剂流动的结构；氚提取回路结构为管道内部用薄板隔离，提氚气体进入管道的半边区域然后流经另外半边区域，使提氚回路进气口与提氚回路出气口处于管路同一端。
3.根据权利要求1所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述氦冷却剂回路和氚提取回路在第一壁和上、下盖板均采用内部开槽结构，其余区域采用板与管、管与管或板与板焊接方式组成回路。
4.根据权利要求1所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述氦冷却剂回路和氚提取回路的所有结构均采用低活化钢制造。
5.根据权利要求2所述的一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：所述的氦冷却剂回路的管道的尺寸、冷却剂流量以及集流腔体的尺寸根据管道所在的空间以及所需移除的热负荷确定；氚提取回路的管道尺寸及提氚气体的流量根据套管式增殖单元的具体设计来确定。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109961855A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 哈尔滨工业大学 一种基于旋流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道
CN112448118A (zh) * 2020-11-16 2021-03-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种适用于超高真空及强辐射条件的背板水冷装置及加工方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0567961A1 (en) * 1992-05-01 1993-11-03 Corning Incorporated Method and apparatus for drawing optical fibers
JPH10319169A (ja) * 1997-05-21 1998-12-04 Japan Atom Energy Res Inst ヘリウム冷却高速増殖炉
US20120148007A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear reactor internal electric control rod drive mechanism assembly
US20130344348A1 (en) * 2012-06-25 2013-12-26 Korea Hydro And Nuclear Power Co., Ltd. Zirconium alloy with coating layer containing mixed layer formed on surface, and preparation method thereof
CN103500588A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 罗天勇 基于氘氧化锂重水溶液的氚增殖包层系统
CN104021819A (zh) * 2014-06-04 2014-09-03 中国科学院等离子体物理研究所 一种用于氦冷固态氚增殖包层增殖单元的冷却及提氚回路设计
CN104616703A (zh) * 2015-01-05 2015-05-13 中国科学院等离子体物理研究所 一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构
CN105976874A (zh) * 2016-02-26 2016-09-28 中国科学院等离子体物理研究所 一种适应用于聚变堆固态包层的分区氚吹扫系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0567961A1 (en) * 1992-05-01 1993-11-03 Corning Incorporated Method and apparatus for drawing optical fibers
JPH10319169A (ja) * 1997-05-21 1998-12-04 Japan Atom Energy Res Inst ヘリウム冷却高速増殖炉
US20120148007A1 (en) * 2010-12-09 2012-06-14 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear reactor internal electric control rod drive mechanism assembly
US20130344348A1 (en) * 2012-06-25 2013-12-26 Korea Hydro And Nuclear Power Co., Ltd. Zirconium alloy with coating layer containing mixed layer formed on surface, and preparation method thereof
CN103500588A (zh) * 2013-09-29 2014-01-08 罗天勇 基于氘氧化锂重水溶液的氚增殖包层系统
CN104021819A (zh) * 2014-06-04 2014-09-03 中国科学院等离子体物理研究所 一种用于氦冷固态氚增殖包层增殖单元的冷却及提氚回路设计
CN104616703A (zh) * 2015-01-05 2015-05-13 中国科学院等离子体物理研究所 一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构
CN105976874A (zh) * 2016-02-26 2016-09-28 中国科学院等离子体物理研究所 一种适应用于聚变堆固态包层的分区氚吹扫系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109961855A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 哈尔滨工业大学 一种基于旋流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道
CN109961855B (zh) * 2017-12-25 2020-11-13 哈尔滨工业大学 一种基于旋流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道
CN112448118A (zh) * 2020-11-16 2021-03-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种适用于超高真空及强辐射条件的背板水冷装置及加工方法
CN112448118B (zh) * 2020-11-16 2022-08-02 中国科学院合肥物质科学研究院 一种适用于超高真空及强辐射条件的背板水冷装置及加工方法

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