發(fā)布時(shí)間：2020-04-14 12:45

【摘要】：包層是磁約束聚變反應(yīng)堆的核心部件。為了向熱工水力學(xué)設(shè)計(jì)和核安全分析提供源項(xiàng)、評(píng)價(jià)聚變包層的產(chǎn)氚性能、分析材料輻照損傷和包層材料壽命,需要作大量的中子學(xué)計(jì)算。本論文目的在于以中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)水冷固態(tài)陶瓷增殖劑(WCCB)包層、歐洲D(zhuǎn)EMO水冷鋰鉛(WCLL)包層以及結(jié)構(gòu)材料為分析對(duì)象,應(yīng)用輔助建模工具M(jìn)cCad開(kāi)發(fā)三維中子學(xué)模型,并通過(guò)蒙特卡羅粒子輸運(yùn)程序MCNP和活化計(jì)算程序FISPACT,完成中子學(xué)分析,從而為包層優(yōu)化與材料選擇提供中子學(xué)數(shù)據(jù)支持。首先,本論文基于CFETR-2018模型和WCCB包層結(jié)構(gòu)方案,建立了較為精細(xì)的WCCB 3D中子學(xué)模型,使用MCNP研究了在不同聚變功率下WCCB包層的中子壁負(fù)載、氚增殖率、核熱沉積和材料輻照損傷。結(jié)果顯示,在200MW到1.5GW聚變功率、并初步考慮窗口效應(yīng)條件下,WCCB包層氚增殖率滿足CFETR氚自持要求(TBR≥1.1);1.5GW聚變功率下WCCB包層的總核熱功率達(dá)到1410.78MW,能量倍增因子為1.175;包層第一壁鎧甲和第一壁鋼受到最大輻射損傷分別為6.767 dpa/FPY和10.335 dpa/FPY。另外,通過(guò)CFETR-WCCB一維中子學(xué)計(jì)算,分析了中子輻照對(duì)磁體影響,初步結(jié)果顯示W(wǎng)CCB包層滿足屏蔽要求。其次,本論文基于WCLL包層多模塊設(shè)計(jì)(MMS),開(kāi)發(fā)了WCLL 3D中子學(xué)模型,嵌入CFETR簡(jiǎn)化模型中進(jìn)行中子學(xué)分析。經(jīng)驗(yàn)證,WCLL包層設(shè)計(jì)滿足CFETR產(chǎn)氚要求(TBR=1.19),外包層TBR貢獻(xiàn)占所有包層的74.47%,內(nèi)包層占25.53%,WCLL包層能夠提供TFC所需的內(nèi)屏蔽性能。根據(jù)同一CFETR主機(jī)模型開(kāi)發(fā)了WCCB包層3D模型,比較了兩者的氚增殖性能。此外,本論文以CFETR-WCCB包層為參考研究對(duì)象,開(kāi)展了新型馬氏體耐熱鋼SIMP鋼應(yīng)用于聚變堆的研究。通過(guò)MCNP與FISPACT活化耦合計(jì)算,分析了SIMP鋼的放射性比活度、衰變熱、接觸劑量率、清潔解控指數(shù)和材料輻照損傷,并和EUROFER-97、F82H等典型RAFM鋼作了低活化特性比較。模擬結(jié)果表明,SIMP鋼體現(xiàn)出較好的低活化特性,從低活化的角度可應(yīng)用于聚變包層。
【圖文】：

立盡可能精細(xì)接近真實(shí)幾何的３Ｄ中子學(xué)模型才能確保獲得更加精確的模擬結(jié)果。逡逑（？＞邋ＩＤｌＷｉａ立缽示息Ｂ邐（ｂ）邋ＩＤ濉j_＆？面圖１邋（ｃ＞邋ＩＤ柱鎮(zhèn)ａ立體示意Ｂ邐（ｄ＞邋ＩＤ柱棋ｆｉＷ面Ｂ逡逑ｚ邋個(gè)邐Ｚ邋４１］逡逑邙邋１邐—Ｌ逡逑Ｒ邐Ｒ逡逑（ｅ）邋２Ｄ柱橫ｆｉ立體示意圈邐（ｆ）２Ｄｔｔ禊廧Ｍｉｌ田邐（焌＞邋３Ｄ柱橫？立缽示息Ｂ邐００邋３Ｄｔｔ？？？面圖逡逑圖１．１邋１Ｄ／２Ｄ／３Ｄ三種維度中子學(xué)模型示意逡逑１．３包層中子學(xué)分析現(xiàn)狀逡逑１．３．１歐洲ＤＥＭＯ包層逡逑２０１４年底，為加強(qiáng)歐洲各國(guó)在聚變研宄方面的合作，歐洲聚變能發(fā)展聯(lián)合逡逑會(huì)ＥＵＲＯｆｏｓｉｏｎ正式成立。ＥＵＲＯｆｉｉｓｉｏｎ提出的ＥＵ－ＤＥＭＯ是介于ＩＴＥＲ和商業(yè)逡逑聚變電站之間的裝置，其設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行將從ＩＴＥＲ吸收大量經(jīng)驗(yàn)。與ＩＴＥＲ逡逑相比，ＥＵ－ＤＥＭ？主要區(qū)別如下［４２］：邋１）解決電廠中所有可預(yù)見(jiàn)的物理和工程問(wèn)逡逑５逡逑

Ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ邋ｐｌａｔｅｓ邋ａｒｉｄ逡逑Ｃｒｒ，５邋Ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｐｌａｔｅｓ逡逑圖１．２邋ＨＣＬＬ模塊設(shè)計(jì)逡逑ｉ邋？邋Ｉｔ＞ｌ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．３邋ＨＣＬＬ邋ＤＥＭＯ中子學(xué)模型逡逑１．３．１．２邋ＷＣＬＬ邋包層逡逑意大利ＥＮＥＡ開(kāi)發(fā)的ＷＣＬＬ包層使用ＰＷＲ工況壓力水作冷卻劑（１５．５ＭＰａ，逡逑進(jìn)／出口溫度２８５／３２５°Ｃ），液態(tài)鋰鉛作氚增殖劑（同時(shí)也是中子倍增劑和l#載帶逡逑介質(zhì)），６Ｌｉ富集度為０．９，ＥＵＲＯＦＥＲ鋼作結(jié)構(gòu)材料。逡逑公開(kāi)發(fā)表的對(duì)ＷＣＬＬ包層的中子學(xué)分析基于ＤＥＭＯｌ邋２０１５參數(shù)，包層布局逡逑為ＭＭＳ設(shè)計(jì)［４５】（圖１．４ａ）。通過(guò)３Ｄ建模軟件Ａｎｓｙｓ邋ＳｐａｃｅＣｌａｉｍ２０１５對(duì)原始ＣＡＤ逡逑文件進(jìn)行簡(jiǎn)化，，得到ＷＣＬＬ外包層４＃邋（ＯＢ４）模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)中子學(xué)模型，其逡逑他包層模塊做等效處理。每個(gè)增殖單元包括２１個(gè)嵌入ＰｂＬｉ的冷卻管。ＦＷ、增逡逑殖區(qū)、背板、聯(lián)箱根據(jù)工程ＣＡＤ文件提取結(jié)果，填充對(duì)應(yīng)的均勻化材料。建立逡逑３Ｄ中子學(xué)模型如圖１．４ｂ所示，計(jì)算使用ＭＣＮＰ５和ＪＥＦＦ３．２核數(shù)據(jù)庫(kù)。全堆逡逑ＴＢＲ＝１．１４
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL62

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