包层调研报告(5)

2.4 DCLL ( DUAL COOLANT Pb-17Li TEST BLANKET

MODULE)

2.4.0 DCLL概述

研制单位：通用原子能公司（General Atomics）；

加利福尼亚州立大学（University of California）； 橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）； 美国阿尔贡国家实验室（Argonne National Laboratory）； 阿拉莫斯科学实验室（Los Alamos National Laboratory）等。

氚增殖剂：自冷液态增殖剂（Pb-17Li） 冷却剂：氦

结构材料：铁素体刚

对于DCLL的液体增殖剂的设计，采用的是低活化的铁素体刚作为为结构材料，第一壁和包层材料的冷却剂选用的是氦，选用Pb-17Li作为自冷液态增殖剂（self-cooled liquid breeder），两个TBM被安置在一个水冷的框架中。这个系统也被设计成可以承受来自冷却剂系统的压力，以防止氦泄漏到铅锂液态金属的腔室中。在很多模块的设计上，采用了最大的简化设计，降低了制作工艺的要求。

图2.4.2 DCLL –TBM结构示意图

2.4.1 DCLL工程描述

DCLL-TBM第一壁设计要保证模块可以承受来自等离子体真空室的热流并确保TBM结构材料不会超过温度极限。在第一壁面向等离子体的部件（plasma facing component PFC）采用了2mm厚的铍层。DCLL-TBM的FW是由铁素体钢构成的一种U形结构，多通道的冷却剂通道设计在其中，以便最大可能的载走热量。每一个FW都含有80个20mm宽19.25mm深的冷却剂矩形通道。氦流在FW和FSW之间循环，在每个循环之间，冷却剂氦都会流过流量整理器（flow arrangement），这使得冷却剂每次都是以统一的温度到达FW表面。TBM FW设计成含有两条冷却剂回路的结构,一条的通道端口是在FW背侧边缘的面上，它们直接与外部背板的集合管连接。第二条回路的通道端口在FW内侧的面上，这种设计分隔了氦冷却剂，同时也简化了TBM的制作工艺。

图2.4.3 DCLL-TBM FW的示意图

上下侧的盖板在形状上基本相似的，表面都布有径向的冷却剂通道，以使部件充分冷却并保持在一个合适的温度范围。氦冷却剂首先从背部的歧管流入，之后在背板上的冷却剂通道内流动，最后垂直地流入两个栅格板的冷却剂入口，对内部的栅板提了供必要的冷却剂流量。该设计简化了制作工艺，如下图所示。

图2.4.4 DCLL –TBM上侧盖板示意图

在DCLL-TBM中，当液态金属由外部管道进入TBM中时，会被分隔板分流，Pb-Li液态金属在腔室的前部中向上流动，然后在背部腔室中向下流动。栅格除了起到了强化结构的作用以外，这里也起到了分隔板的作用，在环向方向的宽度上DCLL-TBM栅格形成了三道冷却剂通道。其内部安置的氦冷却剂通道会使栅格得到充分冷却并带走多余热量。

图2.4.5 DCLL-TBM栅格示意图

图2.4.6 DCLL –TBM的液态金属流动方案

图2.4.7 DCLL-TBM背板组件示意图

2.4.2 DCLL中子学分析

对DCLL –TBM的TBR，辐射损伤，核热量（nuclear heating）和屏蔽等参数已经进行了相关的中子学计算。DCLL –TBM早期采用的是一维的中子学模型使用反复迭代的方法进行分析。采用DANTSYS 3.0的ONEDANT模型离散纵坐标粒子输运系统运算（The ONEDANT module of the DANTSYS 3.0 discrete ordinates particle transport code system)，计算使用的是FENDL-2 nuclear data library数据库。

图2.4.8 DCLL –TBM各组件上产生的热功率

2.4.3 DCLL热工水力学分析Thermo-hydraulic Analyses

使用的是商业软件FLUENT对TMB进行计算流体力学的运算。

图2.4.9 DCLL –TBM第一壁的CFD温度模拟结果

2.5 CHC (Russian Federation Ceramic Helium Cooled)

2.5.1 CHC概述

研制单位：N. A. Dollezhal Research and Development Institute of Power Engineering

(NIKIET)

氚增殖剂：Li4SiO4 中子倍增剂：铍 冷却剂：氦

结构材料：chromium ferritic-martensitic steel

俄罗斯的TBM是由垂直分隔在支撑框架里的两个子模块构成的。设计要完成两个基本目标。第一，所测试的含有两个实验包层的子模块包层系统必须通过验证。第二，所有的子模块都必须要有基本的ITER屏蔽功能。两个被嵌在一个框架内TBSM（Test Blanket Sub-Modules）和它们的屏蔽外壳都被固定在一个水冷的框架里，这个框架被固定在真空室上以用来传输TBSM所产生的负载。

图2.5.1 含有两个RF CHC-TBSM框架垂直方向截面图

图2.5.2 RF CHC-TBSM的结构分解图

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