聚变堆液态锂铅包层新概念设计研究
在聚变堆研究中，包层主要作用是将聚变粒子能量转换为可利用能量同时增殖氚以维持聚变反应，其相关技术是聚变能最终走向商业应用的关键核心技术之一。而液态锂铅增殖包层由于具有许多与人类发展聚变能总目标相关的优点而具有非常大的吸引力，使其成为聚变堆研究的重要方向。
本文在广泛调研国际聚变包层发展状况基础上，提出了FDS(Fusion DesignStudy)聚变堆液态锂铅包层概念的发展思路，从技术实现的可行性到追求高先进性逐级递进，先后设计研究了低温、高温、超高温系列锂铅包层概念。低温锂铅包层采用氦气单冷、锂铅准静态流动方案，氦气带走包层结构和增殖剂锂铅的所有热量，锂铅准静态流动仅用于进行氚提取，锂铅最大出口温度只有450℃左右，较低的锂铅温度对材料的腐蚀较小，较低的锂铅流速导致的液态金属的磁流体动力学(MHD)效应较小，因此从技术实现的角度，低温锂铅包层主要强调技术实现可行性。高温锂铅包层采用氦气和锂铅双冷包层概念，氦气仅带走结构的热量，锂铅兼氚携带剂同时实现自冷，锂铅最大出口温度设计为700℃左右，快速流动的锂铅可能会导致较大MHD效应，因此高温锂铅包层从技术实现可行性上有一定的难度，但从先进性而言具有较大的吸引力，较高的出口温度可以达到更大的热电转换效率，从而提高今后聚变电站的经济效益和竞争性。为了进一步提高包层的热电转换效率，获得极高温热，设计了冷却剂出口温度在1000℃左右的超高温锂铅包层概念。包层设计采用较成熟的材料技术而追求更高先进性的目标，通过创新的冷却剂流道设计获得超过结构材料最大温度限制的高温热流体。较高先进性的包层在技术可行性上更具难度，但有更加诱人的应用前景，可广泛应用于制氢领域。本文研究了低温、高温、超高温液态锂铅包层新概念设计，提出了每种包层的设计原则，给出了每种包层的参考设计方案，并通过理论分析和数值模拟对各设计概念进行了可行性论证。
热核聚变
中国科学院合肥物质科学研究院
博士
核能科学与工程
吴宜灿
2007
中文
TL641;TL625
97
2011-05-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）