用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊的製作方法

2024-03-03 16:57:15

專利名稱:用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊的製作方法
技術領域：
本 實用新型屬於氚增殖和能量提取技術領域：
，具體涉及一種實驗包層測試用模 塊。
背景技術：
在受控熱核聚變研究領域中，氚增殖和高效能量提取技術是實現磁約束熱核聚變 反應發電的關鍵技術。實驗包層模塊將作為重要部件在國際熱核聚變實驗堆(ITER)上進 行氚增殖和高效能量提取的功能測試。ITER裝置對於實驗包層模塊的要求非常嚴格，同時 為實現上述兩項核聚變反應的關鍵技術，提出一種新型的採用模塊化設計、功能材料交替 排列、獨立的冷卻系統和獨立的提氚系統的實驗包層模塊結構設計。
在ITER裝置中，實驗包層模塊將面對高能量高通量中子和高熱負荷的衝擊，在此 極端工況下如何既保證實驗包層模塊不影響ITER裝置的安全運行又能夠實現上述兩大實 驗目標，具有非常重大的挑戰性。

發明內容
本實用新型的目的在於提供一種能夠保證氚自持和高效能量提取，從而確保磁約 束聚變能實現的用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊。
本實用新型的技術方案如下
一種用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊，它包括第一壁，第一壁內部設 有子模塊，子模塊後設有後板；所述的後板上設有氦冷卻管道和提氚管道；所述的子模塊 包括殼體，殼體內部設有氦氣冷卻板，氦氣冷卻板將殼體內部分為交替排列的中子倍增區 和氚增殖區，在殼體一側設有與氦氣冷卻板內部相通的氦冷卻管道和提氚管道；所述的後 板和子模塊殼體上的氦冷卻管道和提氚管道各自分別連通。
上述用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊中，所述的第一壁為雙層板結 構，成U型，作為冷卻通道。
上述用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊中，所述的後板和殼體上都分別 設有兩個氦冷卻管道和兩個提氚管道，分別作為出口和入口。
本實用新型的有益效果在於由於設計了子模塊，採用了獨立的模塊化結構設計， 設計可各自獨立的冷卻通道和提氚系統，交替排列的中子倍增區和氚增殖區結構能夠有效 實現實驗包層模塊的氚增殖，能夠保證其在ITER實驗窗口的穩定安全運行的前提下實現 其氚增殖、高效能量提取。


圖1為用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊中子模塊的示意圖；
圖2為從圖1中箭頭方向看子模塊的內部結構剖視圖；
圖3為用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊的整體圖；[0013]圖4為用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊內部結構示意圖；
圖中1.殼；2.氦氣冷卻板；3.氦冷卻管道；4.提氚管道；5.氚增殖區；6.中子 倍增區；7.子模塊；8.第一壁；9.後板。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
如圖1和圖2所示的子模塊的結構示意圖，每個子模塊都包括有外部的U型的殼 體，殼體1內部安裝有兩個U型的氦氣冷卻板2，該氦氣冷卻板2本身內部具有腔體，作為氦 氣冷卻劑的流道，氦氣冷卻板2將殼體內部分為交替排列的中子倍增區6和氚增殖區5，在 殼體1 一側安裝與氦氣冷卻板2相通的氦冷卻管道3和提氚管道4。而提氚管道4與中子 倍增區6和氚增殖區5是相通的。所述的氦冷卻管道3和提氚管道4都分別設有兩個，一 個作為入口，另一個作為出口。
所述的氚增殖區5是以小球形式堆積而成的氚增殖劑的填充區域，能承受ITER運 行過程中來自壓力、溫度、溫度梯度和熱衝擊的影響，同時小球在ITER運行期間即使達到 最高燃耗，也不會發生過多的破損而影響提氚氣體的流動，能夠保持與結構材料、提氚氣體 環境中保持良好的相容性。所述的中子倍增區6是以鈹小球作為中子倍增劑填充的區域， 具有良好的中子增殖效果和熱力學性能。
如圖3和圖4所示的用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊整體示意圖，本 實施例中共有12個子模塊組成整個測試模塊，子模塊7安裝在第一壁8內部，後面加蓋後 板9，所述的第一壁8為30mm厚的雙層板結構，在第一壁雙層板的內部成U型，作為冷卻通 道。整個第一壁內焊接加工有支撐格架，格架形成一個個安裝單元，子模塊7各自安裝在單 元內。第一壁8可以承受ITER實驗裝置的高負荷熱負載和中子壁負載。本實施例中，第一 壁8的表面可以塗有2mm厚的鈹層，實現對第一壁8的保護，在以高速氦氣流過第一壁8的 過程中實現能量提取。
所述的後板9上加工也安裝有氦冷卻管道3和提氚管道4，分別與各個子模塊7上 的氦冷卻管道3和提氚管道4相通。後板9上的氦冷卻管道3和提氚管道4也分別設有兩 個，一個作為入口，另一個作為出口。安裝時與子模塊7上的氦冷卻管道3和提氚管道4的 入口和出口相對應。
工作時，在後板9上的氦冷卻管道3的入口上充8MPa/300°C、l. 3kg/s的氦氣作為 冷卻劑，通過後板9分流後分給各個子模塊7，流經子模塊7內部的氦氣冷卻板2，然後再經 氦冷卻管道3的出口流出，再匯集到後板9的氦冷卻管道3的出口，從而形成整個冷卻回 路，通過控制子模塊區域冷卻劑流量，以達到控制氚增殖球床區溫度的目的。
在後板9上的提氚管道4的入口上充0. IMpa的氦氣，通過後板9分流後分給各個 子模塊7，流經子模塊7內部的中子倍增區6和氚增殖區5，在過程中提取氚，通過提氚管道 4的出口，匯集到後板9的提氚管道4的出口，從而實現氚在最佳溫度區域釋放、滲透和提 取。
權利要求
1.用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊，其特徵在於它包括第一壁(8)，第一 壁⑶內部設有子模塊(7)，子模塊(7)後設有後板(9)；所述的後板(9)上設有氦冷卻管道 (3)和提氚管道；所述的子模塊(7)包括殼體(1)，殼體(1)內部設有氦氣冷卻板0)， 氦氣冷卻板( 將殼體(1)內部分為交替排列的中子倍增區(6)和氚增殖區(5)，在殼體 (1) 一側設有與氦氣冷卻板O)內部相通的氦冷卻管道C3)和提氚管道；所述的後板 (9)和子模塊殼體⑴上的氦冷卻管道(3)和提氚管道⑷各自分別連通。
2.如權利要求
1所述的用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊，其特徵在於所 述的第一壁(8)為雙層板結構，成U型，作為冷卻通道。
3.如權利要求
1或2所述的用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊，其特徵在於 所述的後板(9)和殼體⑴上都分別設有兩個氦冷卻管道(3)和兩個提氚管道，分別作 為出口和入口。
專利摘要
本實用新型涉及氚增殖和能量提取技術領域：
，具體公開了一種用於氚增殖和能量提取的實驗包層測試模塊，它包括第一壁，第一壁內部設有子模塊，子模塊後設有後板；後板上設有氦冷卻管道和提氚管道；所述的子模塊包括殼體，殼體內部設有氦氣冷卻板，殼體一側設有與氦氣冷卻板內部相通的氦冷卻管道和提氚管道。由於設計了子模塊，採用了獨立的模塊化結構設計，設計可各自獨立的冷卻通道和提氚系統，交替排列的中子倍增區和氚增殖區結構能夠有效實現實驗包層模塊的氚增殖，能夠保證其在ITER實驗窗口的穩定安全運行的前提下實現其氚增殖、高效能量提取。
文檔編號G21B1/00GKCN201877134SQ201020581226
公開日2011年6月22日 申請日期2010年10月27日
發明者馮勇進, 馮開明, 葉興福, 向斌, 張國書, 張龍, 曹其祥, 慄再興, 王啟傑, 羅天勇, 胡剛, 袁濤, 趙周, 趙奉超, 鄭國堯, 陳彥靜 申請人:核工業西南物理研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan