聚變堆液態(tài)鋰鉛包層新概念設計研究.pdf

1、在聚變堆研究中，包層主要作用是將聚變粒子能量轉換為可利用能量同時增殖氚以維持聚變反應，其相關技術是聚變能最終走向商業(yè)應用的關鍵核心技術之一。而液態(tài)鋰鉛增殖包層由于具有許多與人類發(fā)展聚變能總目標相關的優(yōu)點而具有非常大的吸引力，使其成為聚變堆研究的重要方向。
　　 本文在廣泛調研國際聚變包層發(fā)展狀況基礎上，提出了FDS(Fusion DesignStudy)聚變堆液態(tài)鋰鉛包層概念的發(fā)展思路，從技術實現(xiàn)的可行性到追求高先進性逐級遞進，

2、先后設計研究了低溫、高溫、超高溫系列鋰鉛包層概念。低溫鋰鉛包層采用氦氣單冷、鋰鉛準靜態(tài)流動方案，氦氣帶走包層結構和增殖劑鋰鉛的所有熱量，鋰鉛準靜態(tài)流動僅用于進行氚提取，鋰鉛最大出口溫度只有450℃左右，較低的鋰鉛溫度對材料的腐蝕較小，較低的鋰鉛流速導致的液態(tài)金屬的磁流體動力學(MHD)效應較小，因此從技術實現(xiàn)的角度，低溫鋰鉛包層主要強調技術實現(xiàn)可行性。高溫鋰鉛包層采用氦氣和鋰鉛雙冷包層概念，氦氣僅帶走結構的熱量，鋰鉛兼氚攜帶劑同時實現(xiàn)自

3、冷，鋰鉛最大出口溫度設計為700℃左右，快速流動的鋰鉛可能會導致較大MHD效應，因此高溫鋰鉛包層從技術實現(xiàn)可行性上有一定的難度，但從先進性而言具有較大的吸引力，較高的出口溫度可以達到更大的熱電轉換效率，從而提高今后聚變電站的經濟效益和競爭性。為了進一步提高包層的熱電轉換效率，獲得極高溫熱，設計了冷卻劑出口溫度在1000℃左右的超高溫鋰鉛包層概念。包層設計采用較成熟的材料技術而追求更高先進性的目標，通過創(chuàng)新的冷卻劑流道設計獲得超過結構材料