CN111916226A - 一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法，其中系统包括由堆芯反应模块、所述堆芯氚燃料回收模块、所述堆芯氚燃料净化处理模块和所述堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料内循环系统，以及由堆芯反应模块、所述堆芯氚燃料增殖模块、所述包层燃料净化处理模块和所述堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料外循环系统；所述氚燃料内循环系统和所述氚燃料外循环系统基于预设的质量平衡方程组进行工作，以实现堆芯氚燃料自持。本发明基于质量平衡方程组，通过堆芯氚燃料回收模块对未燃烧的氚燃料进行回收，以及通过堆芯氚燃料增殖模块对氚燃料进行增殖，以实现反应堆氚自持，可广泛应用于聚变技术领域。

Description

一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法

技术领域

本发明涉及聚变技术领域，尤其涉及一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法。

背景技术

随着人类科技的不断发展，对能源的需求也越来越大，现有的能源结构无法长期支持人类的发展，并且大量的不可再生能源的使用加剧了环境的恶化，核能的发展成为了必然的趋势。在现有的科技支持下，裂变堆发展迅速，有效减轻了能源压力，但是裂变堆的核堆芯氚燃料有限，而且废物处置问题相当麻烦，相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题。以D-T聚变反应为例，其原料之一的氘可直接取自海水，来源几乎取之不尽，是认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。

在过去的几十年里，世界上许多国家先后建立了不同的聚变反应堆实验装置，且普遍采用国际合作的方式共同研究发展聚变装置。ITER是目前世界上最先进的聚变实验装置，但ITER并不能满足未来聚变DEMO堆的技术需求，中国在参与ITER项目的同时，提出了建立中国聚变工程堆CFETR(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor)的方案。CFETR的重要设计目的为达到较高的可用度，并建立完整的氚燃料循环回路以实现氚自持。

氚在自然界的丰度只有10^-16％，并且人工制造获取氚的数量稀少，此外，氚的半衰期只有12.3年，故而难以实现氚的长期储存，更加需要实现氚自持。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明的目的是提供一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，包括堆芯反应模块、堆芯氚燃料回收模块、堆芯氚燃料净化处理模块、堆芯氚燃料增殖模块、包层燃料净化处理模块和堆芯氚燃料支持模块；

所述堆芯反应模块、所述堆芯氚燃料回收模块、所述堆芯氚燃料净化处理模块和所述堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料内循环系统；

所述堆芯反应模块、所述堆芯氚燃料增殖模块、所述包层燃料净化处理模块和所述堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料外循环系统；

所述氚燃料内循环系统和所述氚燃料外循环系统基于预设的质量平衡方程组进行工作，以实现堆芯氚燃料自持，所述质量平衡方程组以平均时间滞留法为基础构建获得。

进一步，所述堆芯反应模块采用托克马克装置。

进一步，所述堆芯氚燃料回收模块包括偏滤器，所述偏滤器包括等离子体废气输运系统、面向等离子体材料和偏滤器冷却剂；

所述等离子体废气输运系统对应的方程为：

其中，

为等离子体内未燃烧的氚进入所述等离子体废气输运系统的速率；

所述面向等离子体材料对应的方程为：

其中，

为等离子体内的氚进入所述面向等离子体材料的速率；

所述偏滤器冷却剂对应的方程为：

其中，

为从面向等离子体材料内的氚进入所述偏滤器冷却剂的速率，

为所述等离子体废气输运系统内的氚渗透进入所述偏滤器冷却剂的速率。

进一步，所述堆芯氚燃料净化处理模块包括托克马克废气处理系统和第一同位素分离系统；

所述托克马克废气处理系统对应的方程为：

其中，

为所述等离子体废气输运系统内的氚进入所述托克马克废气处理系统的速率，

为所述偏滤器冷却剂内的氚进入所述托克马克废气处理系统的速率，

为加料系统内的氚进入所述托克马克废气处理系统的速率；

所述第一同位素分离系统对应的方程为：

其中，

为所述托克马克废气处理系统内的氚进入所述第一同位素分离系统的速率，

为从水除氚系统流入同位素分离系统的速率。

进一步，所述氚燃料增殖模块包括氚增殖包层，所述氚增殖包层包括包层第一壁、包层增殖剂、包层冷却剂、冷却剂净化系统和氚提取系统；

所述包层第一壁对应的方程为：

其中，i[1][t]为所述包层第一壁内氚的滞留量，(Να1α2fFW)/β是等离子体内氚流向所述包层第一壁的比例，i[1][t](1+∈1)/T1为所述包层第一壁的氚流出速率与非放射性损失之和，λi[1][t]为氚的衰变速率，λi[j][t](j＝2,3,…，6)为氚增殖包层内氚衰变速率；

所述包层冷却剂对应的方程为：

其中，

为从所述包层第一壁流入所述包层冷却剂的速率，

为所述包层增殖剂内的氚进入所述包层冷却剂的速率，i[2][t](1+∈2)/T2为所述包层冷却剂的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述冷却剂净化系统对应的方程为：

其中，

为所述包层冷却剂内的氚流入所述冷却剂净化系统的速率，i[3][t](1+∈3)/T3为所述冷却剂净化系统的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述包层增殖剂对应的方程为：

其中，所述ΛΝα1α2为所述包层增殖剂内氚的产生速率，i[4][t](1+∈4)/T4为所述包层增殖剂的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述氚提取系统对应的方程为：

其中，

为所述包层增殖剂内的氚进入所述氚提取系统的速率，i[5][t](1+∈5)/T5为所述氚提取系统的氚流出速率与非放射性损失之和。

进一步，所述包层燃料净化处理模块包括燃料净化单元和第二同位素分离系统；

所述燃料净化单元对应的方程为：

其中，

为从所述冷却剂净化系统流入所述燃料净化单元的速率，

为从所述氚提取系统流入所述燃料净化单元的速率，i[6][t](1+∈6)/T6为所述燃料净化单元的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述第二同位素分离系统对应的方程为：

其中，

为所述燃料净化单元流入所述第二同位素分离系统的速率。

进一步，所述堆芯氚燃料支持模块包括燃料储存系统和加料系统；

所述燃料储存系统对应的方程为：

其中，

为第二同位素分离系统内的氚进入所述燃料储存系统的速率，

为从第一同位素净化系统流入所述燃料储存系统的速率；

所述加料系统对应的方程为：

其中，

为从所述燃料储存系统流入所述加料系统的速率。

进一步，所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统还包括安全包容模块；

所述安全包容模块包容所述氚燃料内循环系统和所述氚燃料外循环系统，用于在所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统正常运行时起到回收渗透氚的作用。

进一步，所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统还包括废物处理模块，所述废物处理模块包括气体除氚系统和水除氚系统；

所述废物处理模块用于处理所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统运行过程中最终产生的废气和废液。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种用于模拟的磁约束聚变堆氚循环的方法，包括内循环流程和外循环流程；

所述内循环流程，包括：

向堆芯氚燃料支持模块内输入预设质量的氚燃料，使等离子体内的氚浓度高到满足点火条件；

在燃烧过程中，通过堆芯氚燃料回收模块和堆芯氚燃料净化处理模块对未进行燃烧的所述氚燃料进行回收；

将回收的所述氚燃料存储至所述堆芯氚燃料支持模块，作为下一次燃烧的氚燃料；

所述外循环流程，包括：

在燃烧过程中，所述等离子体在反应过程中产生快中子，所述快中子经过堆芯氚燃料增殖模块进行反应生成氚；

所述氚经过包层燃料净化处理模块后，获得所述氚燃料；

将获得的所述氚燃料存储至所述堆芯氚燃料支持模块，作为下一次燃烧的氚燃料。

所述内循环流程和外循环流程基于预设的质量平衡方程组进行工作，以实现堆芯氚燃料自持，所述质量平衡方程组以平均时间滞留法为基础构建获得。

本发明的有益效果是：本发明基于质量平衡方程组，通过堆芯氚燃料回收模块对未燃烧的氚燃料进行回收，以及通过堆芯氚燃料增殖模块对氚燃料进行增殖，以实现反应堆氚自持；另外，将内外两轮循环的氚处理净化模块分离开，可以有效防止内循环产生的反应废气污染包层生产的氚。

附图说明

图1是本实施例中一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，该系统可用于模拟氚燃料在聚变反应堆内部的流动、消耗和生产过程，从而模拟出实现氚自持的条件；另外，为氚循环的内、外两路各自设立了氚的生产、输运和净化模块，使得内外两路循环可以各自独立处理内部含氚物质，减少人为的燃料污染可能，缩短处理时间，提高氚循环效率；同时又能方便现实生产设计中的区域规划。此外，氚包容系统减少了系统正常运行过程中的氚泄漏，提高生产经济型；同时增加了事故时系统的安全性，减小事故风险。

该系统以平均时间滞留法为基础，构建起模型的质量平衡方程组，以托克马克反应装置为核心出发，设立以下几大模块：

1、以托克马克装置作为堆芯反应模块。

2、设立由等离子体废气输运系统构成的燃烧废气回收系统以及面向等离子体材料的泄露回收系统组成的偏滤器系统作为堆芯氚燃料回收模块。等离子体反应后废气由等离子体废气输运系统送往托克马克废气处理系统，等离子体渗透入偏滤器面向等离子体材料氚，以及等离子体废气输运系统渗透氚，经由偏滤器冷却剂送入托克马克废气处理系统。

3、设立托克马克废气处理系统(TEP)以及第一同位素分离系统(ISS)作为堆芯氚燃料净化处理模块。托克马克废气处理系统将从偏滤器和加料系统输入含氚废气进行除杂后，将含氚的同位素气体送往第一同位素分离系统，将处理后废气送往气体除氚系统。第一同位素系统分离从托克马克废气处理系统和液体除氚输入的含氚同位素，并将氚送往氚储存系统。

4、设立由包层增殖剂、包层冷却剂、冷却剂净化系统(CPS)和氚提取系统(TES)组成的氚增殖包层作为氚燃料增殖模块。其中，等离子体聚变中子进入包层增殖剂，增殖生成氚输入氚提取系统，输送过程部分氚渗透入包层冷却剂后送往冷却剂净化系统。

5、设立燃料净化单元(FCU)和第二同位素分离系统(ISS)作为包层燃料净化处理模块。燃料净化单元用于专门处理冷却剂净化系统和氚提取系统流出的Q₂O物质，第二同位素分离系统分离燃料净化系统流出的氚及其同位素。

6、设立氚燃料的储存系统、加料系统作为堆芯氚燃料支持模块。氚储存系统作为氚燃料的短期储存空间，并通过加料系统以满足系统设计需要的加料方式向等离子体加注氚燃料。加料系统加料效率不足100％，未进入等离子体氚送入托克马克废气处理系统。

7、设立氚包容系统作为安全包容模块。氚包容系统包容内外循环各个子系统以及连接接口、管道。聚变堆正常运行时，将子系统工作和管道输送过程中泄露氚收集并回收入气体除氚；事故时可做所有子系统的一层安全屏障，减缓或防止放射性物质泄露。

8、设立气体除氚系统和水除氚系统作为废物处理模块。气体除氚系统接受从托克马克废气处理系统输入的含氚废气，处理后含氚废液进入液体除氚系统进行除氚，处理后达到安全排放标准气体可进行排放；液体除氚处理过程中产生含氚废气送回气体除氚系统，提取的含氚同位素送入第一同位素分离系统，处理完成后达到安全排放标准的液体可进行排放。

由堆芯反应模块、氚燃料增殖模块、包层燃料净化处理模块、堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料内循环系统，通过燃料支持模块将燃料注入堆芯模块进行反应，由于反应无法充分，大部分的燃料不参与反应并与反应产物一起排出堆芯，经由堆芯燃料回收模块进行回收，进入堆芯燃料净化处理模块，同时，由于加料系统的工作要求，燃料的输送效率无法达到100％，一部分燃料会不经过堆芯模块而直接进入堆芯氚燃料净化处理模块。堆芯氚燃料净化处理模块经过一系列的净化处理，将处理后的纯净燃料氚送入燃料支持模块，完成燃料的内循环。

由堆芯反应模块、堆芯氚燃料增殖模块、包层燃料净化处理模块和堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料外循环系统，通过燃料支持模块将燃料注入堆芯模块进行反应，反应放出的快中子进入堆芯外氚燃料增殖模块，与燃料增殖剂反应产生氚，氚经过包层燃料净化处理模块，进入氚燃料储存系统，完成燃料的外循环。

安全包容模块包容整个内、外循环，在系统正常运行时起到回收渗透氚的功能；在事故时作为一道安全屏障，防止放射性物质泄露。废物处理模块负责处理系统运行过程中最终产生的废气和废液。

以下为依据平均滞留时间法列出的质量平衡方程组，在氚燃料外循环系统中对应的方程为：

1、包层第一壁

方程(2-1)中i[1][t]为氚增殖包层第一壁内氚滞留量，(Να1α2fFW)/β是等离子体内氚流向包层第一壁的比例，i[1][t](1+∈1)/T1为包层第一壁氚流出速率i[1][t]/T1与非放射性损失i[1][t]∈1/T1之和，λi[1][t]为氚衰变速率。以下各方程中的i[j][t](1+∈i)/Ti(j＝2,3,…,6)均为该子系统氚流出速率与非放射性损失之和，λi[j][t](j＝2,3,…，6)为氚增殖包层内氚衰变速率，不再重复描述。

2、包层冷却剂

方程(2-2)中

为从包层第一壁流入包层冷却剂的速率，

为氚增殖剂内的氚进入冷却剂的速率。

3、冷却剂净化系统

方程(2-3)中

为包层冷却剂内的氚流入冷却剂净化系统的速率。

4、包层增殖剂

方程(2-4)中ΛΝα1α2为包层增殖剂内氚产生速率。

5、氚提取系统

方程(2-5)中

为包层增殖剂内的氚进入氚提取系统的速率。

6、燃料净化单元

方程(2-6)中

为从冷却剂净化系统流入燃料净化单元的速率，

为从氚提取系统流入燃料净化单元的速率。

7、第二同位素分离系统

方程(2-7)中

为燃料净化单元流入第二同位素分离系统的速率。

在氚燃料内循环系统中对应的方程为：

8、等离子体废气输运系统

方程(2-8)中

为等离子体内未燃烧的氚进入偏滤器废气输运系统的速率。

9、面向等离子体材料

方程(2-9)中

为等离子体内的氚进入面向等离子体材料的速率。

10、偏滤器冷却剂

方程(2-10)中

为从面向等离子体材料内的氚进入偏滤器冷却剂的速率，

为等离子体废气输运系统内的氚渗透进入偏滤器冷却剂的速率

11、托克马克废气处理系统

方程(2-11)中

为偏滤器等离子体废气输运系统内的氚进入托克马克废气处理系统的速率，

为偏滤器冷却剂内的氚进入托克马克废气处理系统的速率，

为加料系统内的氚进入托克马克废气处理系统的速率。

12、气体除氚系统

方程(2-12)中

为托克马克废气处理系统中部分氚进入气体除氚系统的速率，

为水除氚内氚返回气体除氚系统的速率，

为氚包容系统流入气体除氚系统的速率。

13、水除氚系统

方程(2-13)中

为气体除氚系统内的氚流入水除氚系统的速率。

14、第一同位素分离系统

方程(2-14)中

为托克马克废气处理系统内的氚进入第一同位素分离系统的速率，

为从水除氚系统流入第一同位素分离系统的速率。

15、燃料储存系统

方程(2-15)中

为第二同位素分离系统内的氚进入燃料储存系统的速率，

为从第一同位素净化系统流入燃料储存系统的速率。

16、加料系统

方程(2-16)中

为从燃料储存系统流入加料系统的速率。

并且

17、等离子体

方程(2-18)中，nT为等离子体内氚原子密度，V是等离子体体积，M0为氚原子质量，NA为阿伏伽德罗常数。

以下具体对氚燃料内循环系统和氚燃料外循环系统内的流程步骤进行描述。

氚燃料内循环系统的循环流程如下：启动系统前，向氚储存系统中加入一定量的氚作为初始启动燃料，然后经由加料系统将氚燃料注入等离子体内。等离子体内的氚浓度高到满足点火条件时即可点火燃烧。在燃烧过程中，一部分的氚会因为渗透作用经过包层第一壁材料而进入包层，主要集中于包层冷却剂中，另外还有一部分氚则通过面向等离子体材料渗透进入偏滤器内。经过一段时间的反应之后，等离子体内的一部分氚会因为燃烧而消耗掉，但大部分的氚不能燃烧，会随着等离子体尾气一起排出等离子体，进入偏滤器系统。然后偏滤器系统会将这些尾气混合渗透的氚一起排入氚分离净化系统进行杂质处理，接着将净化后的氚以及氚的同位素通入同位素分离系统进行分离，分离出来的氚则进入氚储存系统等待下一个循环。

氚燃料外循环系统的循环流程如下：等离子体在反应过程中产生的快中子会进入包层，经慢化后与氚增殖材料发生反应，产生的氚一部分渗透进入包层冷却剂，大部分氚则由氚提取系统收集提取后送往燃料净化模块；同时包层冷却剂中的氚经由冷却剂净化系统进行初步的净化提取后，送入燃料净化模块。在燃料净化模块中经过杂质处理之后，氚和氚的同位素会被送入同位素分离系统进行处理，分离出来的氚输入氚储存系统等待下一次循环。

氚包容系统将整个反应堆内、外循环系统都含在内，起到一个氚的渗透泄露回收作用，防止氚燃料在运行过程中因渗透或者泄露作用而污染环境。同时，氚包容系统连接气体除氚系统，对回收的氚进行净化提取，在经由水除氚系统净化后送回第二同位素分离系统继续进行循环。

参考部分CFETR(Chinese Fusion Engineering Testing Reactor)的相关设计参数，并对剩余部分参数做出合理的估值，给出如下数据表1：

表1磁约束聚变堆氚循环系统参数

根据以上设定参数，计算得最小氚初始投料量为464.5g，，加料系统氚滞留量为8.399g，等离子体内氚滞留量为0.4146g，所以实际最小氚初始投料量为464.5g+8.399g+0.4146g＝473.3136g，对应的最小氚增殖率为1.0056。

综上所述，本实施例与现有的技术相比，本发明的至少具有以下有益效果是：

(1)本发明将氚循环的内外两轮循环的氚处理净化模块分离开，可以有效防止内循环产生的反应废气污染包层生产的氚；并由燃料净化单元来专门处理包层冷却剂净化系统和氚提取系统流出的Q₂O化合物，无需进行多余的废气处理行为，简化了外循环氚的净化流程；有效缩短了氚从包层产生到进入氚储存系统的时间，提高包层氚燃料对氚储存系统的燃料补充效率，可以一定程度上减小设计时满足氚自持所要求的最小氚增殖率。

(2)新增的氚安全包容系统在正常运行时可以有效防止较少氚渗透造成的环境污染，在发生事故时能作为一道安全屏障，减缓甚至防止放射性物质的泄露。

本实施例还提供了一种用于模拟的磁约束聚变堆氚循环的方法，包括内循环流程和外循环流程；

所述内循环流程，包括：

向堆芯氚燃料支持模块内输入预设质量的氚燃料，使等离子体内的氚浓度高到满足点火条件；

在燃烧过程中，通过堆芯氚燃料回收模块和堆芯氚燃料净化处理模块对未进行燃烧的所述氚燃料进行回收；

将回收的所述氚燃料存储至所述堆芯氚燃料支持模块，作为下一次燃烧的氚燃料；

所述外循环流程，包括：

在燃烧过程中，所述等离子体在反应过程中产生快中子，所述快中子经过堆芯氚燃料增殖模块进行反应生成氚；

所述氚经过包层燃料净化处理模块后，获得所述氚燃料；

将获得的所述氚燃料存储至所述堆芯氚燃料支持模块，作为下一次燃烧的氚燃料；

所述内循环流程和外循环流程基于预设的质量平衡方程组进行工作，以实现堆芯氚燃料自持，所述质量平衡方程组以平均时间滞留法为基础构建获得。

本实施例的一种用于模拟的磁约束聚变堆氚循环的方法，与上述一种用于模拟的磁约束聚变堆氚循环的系统具有一一对应的关系，具备该方法相应的功能和有益效果。

可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，包括堆芯反应模块、堆芯氚燃料回收模块、堆芯氚燃料净化处理模块、堆芯氚燃料增殖模块、包层燃料净化处理模块和堆芯氚燃料支持模块；

所述堆芯反应模块、所述堆芯氚燃料回收模块、所述堆芯氚燃料净化处理模块和所述堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料内循环系统；

所述堆芯反应模块、所述堆芯氚燃料增殖模块、所述包层燃料净化处理模块和所述堆芯氚燃料支持模块组成氚燃料外循环系统；

所述氚燃料内循环系统和所述氚燃料外循环系统基于预设的质量平衡方程组进行工作，以实现堆芯氚燃料自持，所述质量平衡方程组以平均时间滞留法为基础构建获得。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述堆芯反应模块采用托克马克装置。

3.根据权利要求1所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述堆芯氚燃料回收模块包括偏滤器，所述偏滤器包括等离子体废气输运系统、面向等离子体材料和偏滤器冷却剂；

所述等离子体废气输运系统对应的方程为：

其中，

为等离子体内未燃烧的氚进入所述等离子体废气输运系统的速率；

所述面向等离子体材料对应的方程为：

其中，

为等离子体内的氚进入所述面向等离子体材料的速率；

所述偏滤器冷却剂对应的方程为：

其中，

为从面向等离子体材料内的氚进入所述偏滤器冷却剂的速率，

为所述等离子体废气输运系统内的氚渗透进入所述偏滤器冷却剂的速率。

4.根据权利要求3所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述堆芯氚燃料净化处理模块包括托克马克废气处理系统和第一同位素分离系统；

所述托克马克废气处理系统对应的方程为：

其中，

为所述等离子体废气输运系统内的氚进入所述托克马克废气处理系统的速率，

为所述偏滤器冷却剂内的氚进入所述托克马克废气处理系统的速率，

为加料系统内的氚进入所述托克马克废气处理系统的速率；

所述第一同位素分离系统对应的方程为：

其中，

为所述托克马克废气处理系统内的氚进入所述第一同位素分离系统的速率，

为从水除氚系统流入同位素分离系统的速率。

5.根据权利要求1所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述氚燃料增殖模块包括氚增殖包层，所述氚增殖包层包括包层第一壁、包层增殖剂、包层冷却剂、冷却剂净化系统和氚提取系统；

所述包层第一壁对应的方程为：

其中，i[1][t]为所述包层第一壁内氚的滞留量，(Να1α2fFW)/β是等离子体内氚流向所述包层第一壁的比例，i[1][t](1+∈1)/T1为所述包层第一壁的氚流出速率与非放射性损失之和，λi[1][t]为氚的衰变速率，λi[j][t](j＝2,3,…，6)为氚增殖包层内氚衰变速率；

所述包层冷却剂对应的方程为：

其中，

为从所述包层第一壁流入所述包层冷却剂的速率，

为所述包层增殖剂内的氚进入所述包层冷却剂的速率，i[2][t](1+∈2)/T2为所述包层冷却剂的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述冷却剂净化系统对应的方程为：

其中，

为所述包层冷却剂内的氚流入所述冷却剂净化系统的速率，i[3][t](1+∈3)/T3为所述冷却剂净化系统的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述包层增殖剂对应的方程为：

其中，所述ΛΝα1α2为所述包层增殖剂内氚的产生速率，i[4][t](1+∈4)/T4为所述包层增殖剂的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述氚提取系统对应的方程为：

其中，

为所述包层增殖剂内的氚进入所述氚提取系统的速率，i[5][t](1+∈5)/T5为所述氚提取系统的氚流出速率与非放射性损失之和。

6.根据权利要求5所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述包层燃料净化处理模块包括燃料净化单元和第二同位素分离系统；

所述燃料净化单元对应的方程为：

其中，

为从所述冷却剂净化系统流入所述燃料净化单元的速率，

为从所述氚提取系统流入所述燃料净化单元的速率，i[6][t](1+∈6)/T6为所述燃料净化单元的氚流出速率与非放射性损失之和；

所述第二同位素分离系统对应的方程为：

其中，

为所述燃料净化单元流入所述第二同位素分离系统的速率。

7.根据权利要求1所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述堆芯氚燃料支持模块包括燃料储存系统和加料系统；

所述燃料储存系统对应的方程为：

其中，

为第二同位素分离系统内的氚进入所述燃料储存系统的速率，

为从第一同位素净化系统流入所述燃料储存系统的速率；

所述加料系统对应的方程为：

其中，

为从所述燃料储存系统流入所述加料系统的速率。

8.根据权利要求1所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统还包括安全包容模块；

所述安全包容模块包容所述氚燃料内循环系统和所述氚燃料外循环系统，用于在所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统正常运行时起到回收渗透氚的作用。

9.根据权利要求1所述的一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统，其特征在于，所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统还包括废物处理模块，所述废物处理模块包括气体除氚系统和水除氚系统；

所述废物处理模块用于处理所述模拟磁约束聚变堆氚循环的系统运行过程中最终产生的废气和废液。

10.一种用于模拟的磁约束聚变堆氚循环的方法，其特征在于，包括内循环流程和外循环流程；

所述内循环流程，包括：

向堆芯氚燃料支持模块内输入预设质量的氚燃料，使等离子体内的氚浓度高到满足点火条件；

在燃烧过程中，通过堆芯氚燃料回收模块和堆芯氚燃料净化处理模块对未进行燃烧的所述氚燃料进行回收；

将回收的所述氚燃料存储至所述堆芯氚燃料支持模块，作为下一次燃烧的氚燃料；

所述外循环流程，包括：

在燃烧过程中，所述等离子体在反应过程中产生快中子，所述快中子经过堆芯氚燃料增殖模块进行反应生成氚；

所述氚经过包层燃料净化处理模块后，获得所述氚燃料；

将获得的所述氚燃料存储至所述堆芯氚燃料支持模块，作为下一次燃烧的氚燃料；

所述内循环流程和外循环流程基于预设的质量平衡方程组进行工作，以实现堆芯氚燃料自持，所述质量平衡方程组以平均时间滞留法为基础构建获得。

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