RU2812963C1 - Ceramic blanket module for fusion reactor - Google Patents
Ceramic blanket module for fusion reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812963C1 RU2812963C1 RU2023114876A RU2023114876A RU2812963C1 RU 2812963 C1 RU2812963 C1 RU 2812963C1 RU 2023114876 A RU2023114876 A RU 2023114876A RU 2023114876 A RU2023114876 A RU 2023114876A RU 2812963 C1 RU2812963 C1 RU 2812963C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lithium
- tritium
- ceramics
- thermonuclear
- hydride
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical group [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910000103 lithium hydride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- YTZVWGRNMGHDJE-UHFFFAOYSA-N tetralithium;silicate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[Li+].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YTZVWGRNMGHDJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- HXGWMCJZLNWEBC-UHFFFAOYSA-K lithium citrate tetrahydrate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].O.O.O.O.[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HXGWMCJZLNWEBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000310 actinide oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- -1 lithium - lithium hydride Chemical compound 0.000 description 1
- SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N lithium hydride Chemical compound [LiH] SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N molybdenum tungsten Chemical compound [Mo].[W] MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002078 nanoshell Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Область применения заявляемого технического решения - это термоядерная техника. Устройство необходимо для воспроизводства изотопа водорода - трития, который применяется для работы термоядерных исследовательских энергоустановок.The scope of application of the proposed technical solution is thermonuclear technology. The device is necessary for the reproduction of the hydrogen isotope - tritium, which is used to operate thermonuclear research power plants.
Уровень техникиState of the art
1. Известно техническое решение [ЛИТИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ТЕРМОЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ И.Е. Люблинский (ФГУП «Красная Звезда») 2006 г.], сущность которого в следующем:1. The technical solution is known [LITHIUM IN THE ENERGY THERMONUCLEAR REACTOR I.E. Lublinsky (FSUE "Red Star") 2006], the essence of which is as follows:
Для практической реализации возможности использования жидкого лития в качестве материала, контактирующего с плазмой, предложено использовать литиевые капиллярно-пористые структуры - КПС.Подвод жидкого металла к поверхности, контактирующей с плазмой, происходит через каналы, пронизывающие КПС. Ее характеристики (переменная пористость, анизотропия проницаемости, геометрия рабочей поверхности и др.) могут регулироваться в широких пределах путем изменения технологии изготовления. Конструкция КПС может обеспечить достаточное давление рабочего тела в системе подпитки за счет сил капиллярного напора. Такая система является самоудерживающей и саморегулируемой, поскольку распределение давления рабочего тела в КПС остро реагирует на локальные изменения тепловой нагрузки на ее поверхность.To practically implement the possibility of using liquid lithium as a material in contact with plasma, it is proposed to use lithium capillary-porous structures - CPS. The supply of liquid metal to the surface in contact with plasma occurs through channels penetrating the CPS. Its characteristics (variable porosity, anisotropy of permeability, geometry of the working surface, etc.) can be adjusted within wide limits by changing the manufacturing technology. The design of the CPS can provide sufficient pressure of the working fluid in the make-up system due to capillary pressure forces. Such a system is self-restraining and self-regulating, since the pressure distribution of the working fluid in the CV joint acutely reacts to local changes in the thermal load on its surface.
Недостатком данного технического решения является, трудоемкость производства молибден-вольфрамовых проволок диаметром 100 мкм, низкая износостойкость структуры, обязывает к периодической замене выгоревших частей бланкета. Существует риск попадания частей проволочной структуры в область камеры термоядерного реактора, что существенно влияет на удержание плазмы, также как отмечают сами авторы (переменная пористость, анизотропия проницаемости и др.), негативно влияют на эксплуатационные характеристики, представленного технического решения, также в процессе наработки трития, происходит взаимодействие его с литием - гидрид лития.The disadvantage of this technical solution is the labor-intensive production of molybdenum-tungsten wires with a diameter of 100 microns, the low wear resistance of the structure, which requires periodic replacement of burnt-out parts of the blanket. There is a risk of parts of the wire structure getting into the area of the thermonuclear reactor chamber, which significantly affects plasma confinement, also, as the authors themselves note (variable porosity, anisotropy of permeability, etc.), negatively affect the operational characteristics of the presented technical solution, also in the process of tritium production , it interacts with lithium - lithium hydride.
2. Также известно другое техническое решение [ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЛИТИЙСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИК, ПРЕДПОЛАГАЕМЫХ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В БЛАНКЕТАХ РОССИЙСКИХ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ, И ОЦЕНКА ИХ ВЛИЯНИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕАКТОРОВ В.К. Капышев, 17 апреля 2003], сущность которого в следующем.2. Another technical solution is also known [RESEARCH OF THE PROPERTIES OF LITHIUM-CONTAINING CERAMICS PROPOSED FOR USE IN BLANKETS OF RUSSIAN THERMONUCLEAR REACTORS AND ASSESSMENT OF THEIR INFLUENCE ON TECHNOLOGICAL SYSTEMS OF V.K. REACTORS Kapyshev, April 17, 2003], the essence of which is as follows.
Одним из наиболее перспективных вариантов зоны воспроизводство трития (ЗВТ) бланкета является гелий охлаждаемый литий содержащий керамический бридер с использованием бериллия в качестве размножителя нейтронов.One of the most promising options for a tritium breeding zone (TBR) blanket is a helium-cooled lithium-containing ceramic breeder using beryllium as a neutron multiplier.
Разработана технология изготовления таблеток из ортосиликата, метасиликата и алюмината лития с воспроизводимыми геометрическими параметрами и физическими свойствами. Реакторное облучение показало более высокую радиационную стойкость алюмината и возможность использования ортосиликата лития в бланкетах реакторов без изменения их служебных свойств ~ 3% по литию.A technology has been developed for the production of tablets from lithium orthosilicate, metasilicate and aluminate with reproducible geometric parameters and physical properties. Reactor irradiation showed a higher radiation resistance of aluminate and the possibility of using lithium orthosilicate in reactor blankets without changing their service properties ~ 3% for lithium.
Недостатком данного технического решения является, трудоемкость производства керамических литий содержащих таблеток, представленная технологическая схема синтеза требует высокой точности изготовления, в процессе эксплуатации необходимо заменять выгоревшую керамику, что усложняет эксплуатацию бланкета.The disadvantage of this technical solution is that the production of ceramic lithium-containing tablets is labor-intensive; the presented technological scheme of synthesis requires high manufacturing precision; during operation, it is necessary to replace burnt-out ceramics, which complicates the operation of the blanket.
3. Наиболее близким к заявленному техническому решению является [патент RU2649854, МПК G21B 1/13 от 15.09.2017], сущность которого в следующем:3. The closest to the claimed technical solution is [patent RU2649854, IPC G21B 1/13 dated September 15, 2017], the essence of which is as follows:
Изобретение относится к области термоядерной техники, в частности к бланкетам гибридных термоядерных реакторов. Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем содержит тепловыделяющие сборки с тепловыделяющими элементами. Топливо тепловыделяющих элементов изготовлено из оксида минорных актинидов. Тепловыделяющие сборки выполнены прямоугольного сечения. Технический результат - увеличение размножающих свойств ядерной зоны модуля бланкета термоядерного реактора. Вторичные нейтроны из ядерной зоны, попадая в бридерную зону, с керамическим бридером, замедляются и поглощаются ядрами лития, что приводит к наработке трития.The invention relates to the field of thermonuclear technology, in particular to blankets of hybrid thermonuclear reactors. The blanket module of a hybrid thermonuclear reactor with liquid metal coolant contains fuel assemblies with fuel elements. The fuel element fuel is made from minor actinide oxide. Fuel assemblies are made of rectangular cross-section. The technical result is an increase in the multiplying properties of the nuclear zone of the blanket module of a thermonuclear reactor. Secondary neutrons from the nuclear zone, entering the breeder zone with a ceramic breeder, are slowed down and absorbed by lithium nuclei, which leads to the production of tritium.
Недостатком данного технического решения является, неравномерность воспроизводства трития, выгорание лития из керамического бридера происходит неравномерно, вызванная анизотропия свойств понижает эксплуатационные характеристики изобретения.The disadvantage of this technical solution is the uneven reproduction of tritium, the burning of lithium from the ceramic breeder occurs unevenly, and the resulting anisotropy of properties reduces the performance characteristics of the invention.
Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention
Задачей заявляемого технического решения является создание тритий-воспроизводящего модуля термоядерного реактора (ТЯР), технологичного в производстве, эксплуатации и обслуживании, применение которого возможно, как отдельно от рабочей камеры, так и совместно, через бланкет.The objective of the proposed technical solution is to create a tritium-breeding module of a thermonuclear reactor (TNR), technologically advanced in production, operation and maintenance, the use of which is possible both separately from the working chamber and together, through a blanket.
Технологичность данного метода получения трития, достигается созданием пористой керамики на основе кремнезема. Мелкодисперсные глобулы SiO 2 обладают температурой плавления порядка 1400°C, что способствует долгосрочной работеThe manufacturability of this method of producing tritium is achieved by creating porous ceramics based on silica. Finely dispersed SiO 2 globules have a melting point of about 1400°C, which contributes to long-term operation
Глобулы кремнезема образуют единую изотропную структуру с одинаковыми промежутками, как между наноструктурами, так и между их слоями, что позволяет использовать имеющиеся пространство, для нахождения гидрида лития.Silica globules form a single isotropic structure with equal spacing, both between nanostructures and between their layers, which makes it possible to use the available space to find lithium hydride.
В процессе работы возникла необходимость, провести качественные химические расчеты для определения возможности протекаемых предполагаемых реакций, для этого воспользуемся законами термодинамикиIn the process of work, the need arose to carry out high-quality chemical calculations to determine the possibility of the proposed reactions occurring, for this we will use the laws of thermodynamics
I) Убедимся в возможности протекания реакции взаимодействия паров лития с глобулами кремнезема формула (1).I) Let us make sure that the reaction of interaction of lithium vapor with silica globules (formula (1)) can occur.
(1) (1)
где Li - подводимые остаточные пары лития в поры между глобуламиwhere Li is the residual lithium pairs supplied into the pores between the globules
SiO 2 - кремнезем. SiO 2 - silica.
Li 2 O и Si - оксид лития и кремний, предполагаемый продукты. Li 2 O and Si are lithium oxide and silicon putative products.
Для расчетов воспользуемся термодинамическими данными таблицы 1 [Haynes,, W. M. CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition / W. M. Haynes,. - Boca Raton: CRC Press, 2016. - 2643 с.]For calculations, we use the thermodynamic data of Table 1 [Haynes,, W. M. CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition / W. M. Haynes,. - Boca Raton: CRC Press, 2016. - 2643 pp.]
Таблица 1Table 1
(Раздел в книге)Substance
(Section in the book)
Рассчитаем энергию Гиббса и убедимся в возможности реакции (1)Let's calculate the Gibbs energy and verify the possibility of reaction (1)
1) Рассчитаем тепловой эффект1) Calculate the thermal effect
(2) (2)
где - стехиометрические коэффициенты реактивовWhere - stoichiometric coefficients of reagents
(3) (3)
Подставим данные таблицы 1Let's substitute the data from Table 1
(3,1) (3.1)
2) Рассчитаем энтропию2) Calculate entropy
(4) (4)
где - стехиометрические коэффициенты реактивовWhere - stoichiometric coefficients of reagents
(5) (5)
Подставим данные таблицы 1Let's substitute the data from Table 1
(5,1) (5.1)
3) Рассчитаем энергию Гиббса при T=1000 K3) Let's calculate the Gibbs energy at T= 1000 K
(6) (6)
(7) (7)
∆G 0 298<0, процесс при T=1000 K протекает в прямом направлении∆ G 0 298 <0, the process at T =1000 K proceeds in the forward direction
II) При нейтронном облучении лития в процессе термоядерного синтеза или реакции размножения нейтронов в бридере, образуется изотоп водорода тритий формула (12).II) When lithium is irradiated with neutrons during thermonuclear fusion or a neutron multiplication reaction in a breeder, the hydrogen isotope tritium (formula (12)) is formed.
(8) (8)
Тогда согласно формуле (8), образовавшийся водород будет вступать с окружающим его литием формула (9). Then, according to formula (8), the resulting hydrogen will interact with the lithium surrounding it (formula (9).
(9) (9)
1) Рассчитаем тепловой эффект1) Calculate the thermal effect
(10) (10)
Подставим данные таблицы 1Let's substitute the data from Table 1
(10,1) (10.1)
2) Рассчитаем энтропию2) Calculate entropy
(11) (eleven)
Подставим данные таблицы 1Let's substitute the data from Table 1
(11,1) (11.1)
3) Рассчитаем энергию Гиббса при T=1000 K согласно методу Темкина-Шварцмана, для более точного результата расчета по сравнению с (10) Обратившись к [Краткий справочник физико-химических величин. Издание десятое, испр, и дополи. / Под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой - СПб.: «Иван Федоров», 2003. С.76, ил. ISBN 5-8194-0071-2]3) Let's calculate the Gibbs energy at T = 1000 K according to the Temkin-Schwartzman method, for a more accurate calculation result compared to (10) Referring to [Quick reference book of physical and chemical quantities. Tenth edition, corrected and supplemented. / Ed. A. A. Ravdel and A. M. Ponomareva - St. Petersburg: “Ivan Fedorov”, 2003. P.76, ill. ISBN 5-8194-0071-2]
Были взяты следующие коэффициенты для расчета при T=1000 K.The following coefficients were taken for calculation at T = 1000 K.
4) Найдем стандартные теплоемкости веществ в виде формулы (13).4) Let us find the standard heat capacities of substances in the form of formula (13).
Где a, b, c, c ’ - коэффициенты, характерные для данного вещества и рассчитанные по экспериментальным данным для данного вещества. [Жигач, А.Ф. Химия гидридов / А.Ф. Жигач, Д.С.Стасиневич. - Ленинград: Химия, 1969. С.52-53.]Wherea, b, c, c ' - coefficients characteristic of a given substance and calculated from experimental data for a given substance. [Zhigach, A.F. Chemistry of hydrides / A.F. Zhigach, D.S. Stasinevich. - Leningrad: Chemistry, 1969. P.52-53.]
5) Тогда найдем зависимость ∆Сp от температуры согласно формуле (17)5) Then we will find the dependence of ∆C p on temperature according to formula (17)
6) Найдем ∆a, ∆b, ∆c, ∆c ’ согласно формулам (18,1)-(18,4)6) Find ∆ a , ∆ b , ∆ c , ∆ c ' according to formulas (18.1)-(18.4)
7) Рассчитаем энергию Гиббса при T=1000 K согласно методу Темкина-Шварцмана, по формуле (20)7) Let's calculate the Gibbs energy at T = 1000 K according to the Temkin-Schwartzman method, using formula (20)
Подставим значения из формул (12,0)-(12,3), (10,1), (11,1), (19,1)-(19,4)Let's substitute the values from formulas (12.0)-(12.3), (10.1), (11.1), (19.1)-(19.4)
∆G 0 298<0, процесс при T=1000K протекает в прямом направлении∆ G 0 298 <0, the process at T =1000K proceeds in the forward direction
3) Образовавшийся гидрид лития будет реагировать с кремнеземом нано-оболочки согласно формуле (22).3) The resulting lithium hydride will react with the nanoshell silica according to formula (22).
(22) (22)
1) Рассчитаем тепловой эффект реакции (22)1) Let's calculate the thermal effect of reaction (22)
Подставим данные таблицы 1Let's substitute the data from Table 1
(23,1) (23.1)
2) Рассчитаем энтропию2) Calculate entropy
Подставим данные таблицы 1Let's substitute the data from Table 1
(24,1) (24.1)
3) Рассчитаем энергию Гиббса при T=1000 K3) Let's calculate the Gibbs energy at T =1000 K
(25) (25)
(26) (26)
∆G 0 298<0, процесс при T=1000 K протекает в прямом направлении∆ G 0 298 <0, the process at T =1000 K proceeds in the forward direction
Результатом проделанной работы стало изучение свойств тритий-воспроизводящей керамики, состоящей из глобул кремнезема. Рассчитанные энергии Гиббса предполагаемых реакций при T=1000 K. представлены в таблице 2.The result of the work done was the study of the properties of tritium-regenerating ceramics consisting of silica globules. The calculated Gibbs energies of the proposed reactions at T = 1000 K are presented in Table 2.
Представление результаты расчета таблицы 2, показали возможность протекания реакций при T=1000 K. Отметим, что наиболее возможной реакцией является, образование гидрида лития, что значительно усложняет наработку трития, так как полученный тритий при облучении лития нейтронами сразу-же вступает в реакцию с окружающим литием.Presentation of the calculation results in Table 2 showed the possibility of reactions occurring at T = 1000 K. Note that the most possible reaction is the formation of lithium hydride, which significantly complicates the production of tritium, since the resulting tritium, when lithium is irradiated with neutrons, immediately reacts with the surrounding lithium
Однако отметим, что при сепарировании гидрида лития от лития, вступающий гидрид лития с кремнеземом, высвобождает свободный тритий, который уже можно собрать в чистом виде. Так как в процессе работы технического решения керамика SiO 2 становиться Li 2 SiO 3 , то облучив ее нейтронами можно получить чистый тритий. Таким образом, керамика SiO 2 используется повторно, что повышает количество, нарабатываемого трития. Для оценки эффективности предлагаемого технического решения обратимся к работе [ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЛИТИЙСОДЕРЖАЩИХ КЕРАМИК, ПРЕДПОЛАГАЕМЫХ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В БЛАНКЕТАХ РОССИЙСКИХ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ, И ОЦЕНКА ИХ ВЛИЯНИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕАКТОРОВ В.К. Капышев, 17 апреля 2003], как видно из исследования керамика на основе Li 4 SiO 4 и Li 2 SiO 3 , обладает высокой производительностью при облучении потоком тепловых нейтронов 5⋅1013 нейтрон/см3 в течении 376 суток. Было произведено 2200 см3 и 620 см3 трития соответственно. Данные показатели самые эффективные среди представленных керамик. Однако в процессе работы происходит неизбежное выгорание лития ≈ 70%, поэтому необходимо периодически заменять выгоревшую керамику в процессе наработки.However, we note that when separating lithium hydride from lithium, the incoming lithium hydride with silica releases free tritium, which can already be collected in its pure form. Since SiO 2 ceramics become Li 2 SiO 3 during the operation of the technical solution, by irradiating it with neutrons it is possible to obtain pure tritium. Thus, SiO 2 ceramics are reused, which increases the amount of tritium produced. To assess the effectiveness of the proposed technical solution, let us turn to the work [RESEARCH OF THE PROPERTIES OF LITHIUM-CONTAINING CERAMICS PROPOSED FOR USE IN BLANKETS OF RUSSIAN THERMONUCLEAR REACTORS AND ASSESSMENT OF THEIR INFLUENCE ON TECHNOLOGICAL SYSTEMS OF REACTORS V.K. Kapyshev, April 17, 2003], as can be seen from the study, ceramics based on Li 4 SiO 4 and Li 2 SiO 3 have high productivity when irradiated with a thermal neutron flux of 5⋅10 13 neutrons/cm 3 for 376 days. 2200 cm 3 and 620 cm 3 of tritium were produced, respectively. These indicators are the most effective among the ceramics presented. However, during operation, lithium inevitably burns out ≈ 70%, so it is necessary to periodically replace burnt-out ceramics during operation.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Керамический модуль бланкета для термоядерного реактора состоит из первой стенки [1], контактирующей непосредственно с плазмой внутри термоядерного реактора или с потоком нейтронов от реактора-бридера. Стенка должна состоять из тугоплавкого материала, так как имеют места высокие температуры в процессе работы порядка 103⋅°СThe ceramic blanket module for a fusion reactor consists of a first wall [1] that is in direct contact with the plasma inside the fusion reactor or with the neutron flux from the breeder reactor. The wall must consist of a refractory material, since high temperatures occur during operation of the order of 10 3 ⋅ ° C
За тугоплавкой пластиной происходит циркуляция лития, который облучается нейтронным поток. Прилегающей к стенке установлена пластина из температуропроводящего материала [2], в данной конфигурации предполагается алюминиевый сплав, данное предложение увеличит теплоотвод от подвергаемой тепловому потоку циркуляции лития и тугоплавких стенок рисунок 1.Behind the refractory plate, lithium circulates, which is irradiated by a neutron flux. A plate made of a temperature-conducting material [2] is installed adjacent to the wall; in this configuration, an aluminum alloy is assumed; this proposal will increase the heat removal from the lithium circulation exposed to the heat flow and the refractory walls (Figure 1).
Литий из-за ядерной реакции (8), образует тритий, который в процессе химической реакции с окружающим литием (9), образует гидрид. Смесь жидкого лития и гидрида попадет в резервуар накопитель [3], где при температуре 1000К происходит испарение в полость над резервуаром, через сепаратор [4]. В полости гидрид вступает в реакцию с керамикой (22) [5], образуя ортосиликат лития внутри глобулярной структуры и свободный тритий, который впоследствии откачивается в необходимый объем. Керамика кремнезема, в процессе работы становиться ортоселикатом лития, который впоследствии, облучается нейтронами для получения трития рисунок 2.Lithium, due to a nuclear reaction (8), forms tritium, which, in the process of a chemical reaction with surrounding lithium (9), forms a hydride. The mixture of liquid lithium and hydride will enter the storage tank [3], where at a temperature of 1000K evaporation occurs into the cavity above the tank, through the separator [4]. In the cavity, the hydride reacts with ceramics (22) [5], forming lithium orthosilicate inside the globular structure and free tritium, which is subsequently pumped into the required volume. Silica ceramics, during operation, become lithium orthosilicate, which is subsequently irradiated with neutrons to produce tritium (Figure 2).
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить количество наработки трития, удешевить процесс эксплуатации с использованием циклического использования лития и двойного использования тритийвоспроизводящей керамики. Для этого не требуется создавать новое уникальное оборудование, можно использовать существующие отработанные технологии.Thus, the proposed technical solution makes it possible to increase the amount of tritium production, reduce the cost of the operation process using the cyclic use of lithium and the dual use of tritium-regenerating ceramics. This does not require the creation of new unique equipment; existing proven technologies can be used.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2812963C1 true RU2812963C1 (en) | 2024-02-06 |
Family
ID=
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4663110A (en) * | 1982-03-12 | 1987-05-05 | Ga Technologies Inc. | Fusion blanket and method for producing directly fabricable fissile fuel |
RU2231140C1 (en) * | 2002-11-18 | 2004-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" | Thermonuclear reactor blanket |
RU2283517C1 (en) * | 2005-01-11 | 2006-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" | Thermonuclear reactor breeding region |
US20120014491A1 (en) * | 2009-07-13 | 2012-01-19 | Mike Deeth | Nuclear fusion power plant having a liquid reactor core of molten glass that is made laseractive and functions as a tritium breeding blanket which is capable of acousticly compressing/confining fuel so that it radiates and triggers outgoing laser cascades that will reflect from the blast chamber's spherical inside wall and return like photonic Tsunamis, crushing, heating, and causing thermonuclear ignition of the fuel so that heat engines and piezoelectric harvesters can convert the released energy into electricity |
CN103578574A (en) * | 2013-10-16 | 2014-02-12 | 中国核电工程有限公司 | Advanced fusion-fission subcritical energy reactor core tritium-production blanket |
RU2649854C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-04-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Module of hybrid thermonuclear reactor blanket |
US10796806B2 (en) * | 2017-02-17 | 2020-10-06 | Tokamak Energy Ltd. | First wall conditioning in a fusion reactor vessel |
CN211742660U (en) * | 2019-12-05 | 2020-10-23 | 核工业西南物理研究院 | First wall with tritium resistance function for fusion reactor |
WO2022106609A1 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | Tokamak Energy Ltd | Breeder blanket |
RU2775749C1 (en) * | 2021-12-27 | 2022-07-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Fusion reactor |
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4663110A (en) * | 1982-03-12 | 1987-05-05 | Ga Technologies Inc. | Fusion blanket and method for producing directly fabricable fissile fuel |
RU2231140C1 (en) * | 2002-11-18 | 2004-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" | Thermonuclear reactor blanket |
RU2283517C1 (en) * | 2005-01-11 | 2006-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" | Thermonuclear reactor breeding region |
US20120014491A1 (en) * | 2009-07-13 | 2012-01-19 | Mike Deeth | Nuclear fusion power plant having a liquid reactor core of molten glass that is made laseractive and functions as a tritium breeding blanket which is capable of acousticly compressing/confining fuel so that it radiates and triggers outgoing laser cascades that will reflect from the blast chamber's spherical inside wall and return like photonic Tsunamis, crushing, heating, and causing thermonuclear ignition of the fuel so that heat engines and piezoelectric harvesters can convert the released energy into electricity |
CN103578574A (en) * | 2013-10-16 | 2014-02-12 | 中国核电工程有限公司 | Advanced fusion-fission subcritical energy reactor core tritium-production blanket |
US10796806B2 (en) * | 2017-02-17 | 2020-10-06 | Tokamak Energy Ltd. | First wall conditioning in a fusion reactor vessel |
RU2649854C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-04-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Module of hybrid thermonuclear reactor blanket |
CN211742660U (en) * | 2019-12-05 | 2020-10-23 | 核工业西南物理研究院 | First wall with tritium resistance function for fusion reactor |
WO2022106609A1 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | Tokamak Energy Ltd | Breeder blanket |
RU2775749C1 (en) * | 2021-12-27 | 2022-07-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Fusion reactor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10916352B2 (en) | Nuclear reactor having a layer protecting the surface of zirconium alloys | |
WO2012011499A1 (en) | Nuclear transformation method and nuclear transformation device | |
JPH04506564A (en) | Electric power generation method and device | |
Katayama et al. | Evaluation of tritium confinement performance of alumina and zirconium for tritium production in a high-temperature gas-cooled reactor for fusion reactors | |
AU2021380945B2 (en) | Breeder blanket | |
RU2812963C1 (en) | Ceramic blanket module for fusion reactor | |
Mukai et al. | Lithium vapor chemistry of hyper-stoichiometric lithium metatitanate Li2. 12 (2) TiO3+ y | |
Wang et al. | Advance in and prospect of moderator materials for space nuclear reactors | |
Arif et al. | Neutron imaging facility development and research trend at NIST | |
US3101307A (en) | Utilization of proton recoil energy in neutron irradiated vapor phase organic reactions | |
RU2761575C1 (en) | Method for controlled nuclear fission and modular nuclear reactor | |
JP2003130976A (en) | Nuclear fusion reactor | |
Kozlov et al. | Sodium purification systems for NPP with fast reactors (retrospective and perspective views) | |
Kilkenny | Inertial confinement fusion | |
Prasad et al. | Experimental Evaluation of Critical Heat Flux in Downward-Facing Boiling on SS304 L Flat Plate Relevant to In-Calandria Retention in PHWRs | |
JP2009150709A (en) | Method for generating lithium cluster chemical nuclear fusion and lithium cluster chemical nuclear fusion device | |
JP2019086291A (en) | Reactant for condensate nuclear reactor and exothermic method using the same | |
JP2858191B2 (en) | Fusion reactor blanket | |
Meng et al. | Experimental study on phase-change cooling of the gain generator of chemical lasers | |
Takahashi | Fundamental Study on Critical Heat Flux in Tight Lattice Core for High Conversion Boiling Water Reactor | |
Loginov | Development experience for experimental reactor facility cooled with evaporating liquid metals | |
Moriya et al. | EXPERIMENTAL STUDY ON FIRE RESISTIVITY OF RADIOISOTOPE CONTAINERS AND CAPSULES | |
Ammerman et al. | Conceptual designs for a spallation neutron target constructed of a helium-cooled, packed bed of tungsten particles | |
Lyublinski et al. | Main results and prospects of lithium capillary-porous system investigation as tokamak plasma facing material | |
Kosiancic | Method of making porous nuclear fuel |