一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核聚變包層領(lǐng)域，具體是一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]包層是聚變堆的重要組成部件，其主要功能有實現(xiàn)氚增殖；產(chǎn)生和移除用于發(fā)電的熱能；移除第一壁表面熱流及包層結(jié)構(gòu)上沉積的核熱使整個包層結(jié)構(gòu)的溫度與應(yīng)力低于材料的許用值。
[0003]包層根據(jù)增殖劑類型的不同可以分為固態(tài)增殖劑包層和液態(tài)增殖劑包層兩大類。其中，固態(tài)增殖劑包層根據(jù)冷卻劑不同一般分為氦冷固態(tài)增殖包層和水冷固態(tài)增殖包層。一般采用模塊化設(shè)計，氚增殖劑采用正硅酸鋰、鈦酸鋰等材料，中子倍增劑一般采用Be或Be12Ti等材料，均為球床結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)材料采用低活化鐵素體/馬氏體鋼。固態(tài)增殖劑受到鋰原子密度的限制，氚增殖率相對較低，所以需要在包層內(nèi)放置中子倍增劑以提高氚增殖率。增殖區(qū)產(chǎn)生的氚主要通過氦氣攜帶氫氣沖刷球床的方式，利用同位素交換的原理把產(chǎn)生的氚帶出送到包層外的氚回收系統(tǒng)中，因此必須在包層內(nèi)設(shè)計專門提氚回路回收增殖的氚，提氚回路和冷卻回路的設(shè)計了增加了固態(tài)增殖包層的設(shè)計難度。
[0004]液態(tài)包層有著良好的幾何適應(yīng)性，可以簡化液態(tài)包層結(jié)構(gòu)設(shè)計。液態(tài)包層一般又分為液態(tài)金屬包層和液態(tài)熔鹽包層。液態(tài)金屬包層一般采用液態(tài)鋰或鋰鉛等作為增殖劑，采用低活化鐵素體/馬氏體鋼作為結(jié)構(gòu)材料，采用氦氣或水冷卻結(jié)構(gòu)部件。液態(tài)金屬增殖劑的使用同樣會帶來一些問題:由于液態(tài)金屬在高溫下對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕作用，要求結(jié)構(gòu)材料與液態(tài)金屬之間有良好的相容性；另外，由于聚變堆特有的強(qiáng)磁場環(huán)境，液態(tài)金屬在磁場下流動會導(dǎo)致磁流體動力學(xué)效應(yīng)，增加流動的壓力降，從而增加功耗。相比于液態(tài)金屬包層，液態(tài)熔鹽包層具有無磁流體動力學(xué)效應(yīng)的優(yōu)點。針對液態(tài)熔鹽Flibe增殖包層，提出了一種新的聚變堆熔鹽Flibe增殖包層結(jié)構(gòu)概念。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括增殖包層、屏蔽包層，所述增殖包層包括結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部中空的第一壁、背板，第一壁與背板圍成密閉空間，第一壁與背板圍成的密閉空間中設(shè)置有兩道環(huán)向的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部開槽的格板，且格板將第一壁與背板圍成的密閉空間依次分隔成三個獨立空間，其中中間的獨立空間作為中子倍增區(qū)，其余兩個獨立空間作為Flibe區(qū)，第一壁與背板圍成的密閉空間中還設(shè)置有穿過中子倍增區(qū)、兩Flibe區(qū)的徑向的格板；所述屏蔽包層包括屏蔽包層外殼，屏蔽包層外殼連接在增殖包層中背板與第一壁連接處，且屏蔽包層外殼與背板圍成密閉空間，屏蔽包層外殼與背板圍成的密閉空間中設(shè)置有多道環(huán)向的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部中空的屏蔽包層冷卻板，且屏蔽包層冷卻板將屏蔽包層外殼與背板圍成的密閉空間依次分隔成多個獨立空間，屏蔽包層外殼與背板圍成的密閉空間中多個獨立空間分別作為碳化鎢粉末區(qū)，碳化鎢粉末區(qū)中分別填充碳化鎢粉末。
[0007]所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括有通有氦氣的氦冷卻回路，氦冷回路中氦氣進(jìn)入一個屏蔽包層集氣腔，分流后進(jìn)入屏蔽包層冷卻板進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)第一集流腔收集后進(jìn)入第一壁冷卻第一壁，流出第一壁后進(jìn)入第二集流腔，然后進(jìn)入冷卻環(huán)向和徑向的格板，最后經(jīng)第三集流腔后流出增殖包層。
[0008]所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括有通有由Flibe熔鹽構(gòu)成的冷卻劑和增殖劑的自冷回路，F(xiàn)libe熔鹽中LiF和BeF2的比例為2:1，自冷回路中Flibe熔鹽由進(jìn)入第四集流腔，經(jīng)底部分流后進(jìn)入中子倍增區(qū)帶走反應(yīng)產(chǎn)生的氚，同時進(jìn)入其中一個Flibe區(qū)與部分中子反應(yīng)，然后進(jìn)入另一個Flibe區(qū)，最后流出增殖包層。
[0009]所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:增殖包層的第一壁、格板、背板均采用低活化鐵素體/馬氏體鋼材料制成。
[0010]所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:屏蔽包層的屏蔽包層外殼、屏蔽包層冷卻板均采用低活化鐵素體/馬氏體鋼材料制成。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:(I)采用流動Flibe熔鹽作為氚增殖劑和冷卻劑，簡化了增殖包層結(jié)構(gòu)設(shè)計，有利于包層結(jié)構(gòu)的加工；(2)相比氦冷固態(tài)增殖包層，氚增殖劑具有流動性，容易實現(xiàn)在線換料及氚的提??；(3)相比液態(tài)鋰鉛金屬包層，避免了液態(tài)金屬流動帶來的磁流體動力學(xué)問題，提高了包層結(jié)構(gòu)的安全可靠性；(4)增殖包層屏蔽包層一體化設(shè)計簡化了要操作維護(hù)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明截面圖。
[0013]圖2為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為本發(fā)明底部放大圖。
[0015]圖4為本發(fā)明上部放大圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1、圖2所示，一種用于聚變堆的Fl ibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，整體由柔性支撐I和底部支撐2固定于真空室內(nèi)的包層軌道上，包括增殖包層、屏蔽包層，增殖包層包括結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部中空的第一壁3、背板5，第一壁3與背板5圍成密閉空間，第一壁3與背板5圍成的密閉空間中設(shè)置有兩道環(huán)向的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部開槽的格板4,且格板4將第一壁3與背板5圍成的密閉空間依次分隔成三個獨立空間，其中中間的獨立空間作為中子倍增區(qū)8，其余兩個獨立空間作為Flibe區(qū)6、7，第一壁3與背板5圍成的密閉空間中還設(shè)置有穿過中子倍增區(qū)8、兩Flibe區(qū)6、7的徑向的格板；屏蔽包層包括屏蔽包層外殼9，屏蔽包層外殼9連接在增殖包層中背板5與第一壁3連接處,且屏蔽包層外殼9與背板5圍成密閉空間,屏蔽包層外殼9與背板5圍成的密閉空間中設(shè)置有多道環(huán)向的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部中空的屏蔽包層冷卻板10，且屏蔽包層冷卻板10將屏蔽包層外殼9與背板5圍成的密閉空間依次分隔成多個獨立空間，屏蔽包層外殼9與背板5圍成的密閉空間中多個獨立空間分別作為碳化鎢粉末區(qū)11，碳化鎢粉末區(qū)11中分別填充碳化鎢粉末。
[0017]如圖3、圖4所示，還包括有通有氦氣的氦冷卻回路，氦冷回路中氦氣進(jìn)入一個屏蔽包層集氣腔12，分流后進(jìn)入屏蔽包層冷卻板10進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)第一集流腔13收集后進(jìn)入第一壁3冷卻第一壁3，流出第一壁3后進(jìn)入第二集流腔14，然后進(jìn)入冷卻環(huán)向和徑向的格板4，最后經(jīng)第三集流腔15后流出增殖包層。
[0018]還包括有通有由Flibe熔鹽構(gòu)成的冷卻劑和增殖劑的自冷回路，F(xiàn)libe熔鹽中LiF和BeF2的比例為2:1，自冷回路中Flibe熔鹽由進(jìn)入第四集流腔16，經(jīng)底部分流后進(jìn)入中子倍增區(qū)8帶走反應(yīng)產(chǎn)生的氚，同時進(jìn)入其中一個Flibe區(qū)7與部分快中子反應(yīng)，然后進(jìn)入另一個Flibe區(qū)6，最后流出增殖包層。
[0019]增殖包層的第一壁3、格板4、背板5均采用低活化鐵素體/馬氏體鋼材料制成。
[0020]屏蔽包層的屏蔽包層外殼9、屏蔽包層冷卻板10均采用低活化鐵素體/馬氏體鋼材料制成。
【主權(quán)項】
1.一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括增殖包層、屏蔽包層，所述增殖包層包括結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部中空的第一壁、背板，第一壁與背板圍成密閉空間，第一壁與背板圍成的密閉空間中設(shè)置有兩道環(huán)向的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部開槽的格板，且格板將第一壁與背板圍成的密閉空間依次分隔成三個獨立空間，其中中間的獨立空間作為中子倍增區(qū)，其余兩個獨立空間作為Flibe區(qū)，第一壁與背板圍成的密閉空間中還設(shè)置有穿過中子倍增區(qū)、兩Flibe區(qū)的徑向的格板；所述屏蔽包層包括屏蔽包層外殼，屏蔽包層外殼連接在增殖包層中背板與第一壁連接處，且屏蔽包層外殼與背板圍成密閉空間，屏蔽包層外殼與背板圍成的密閉空間中設(shè)置有多道環(huán)向的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部中空的屏蔽包層冷卻板，且屏蔽包層冷卻板將屏蔽包層外殼與背板圍成的密閉空間依次分隔成多個獨立空間，屏蔽包層外殼與背板圍成的密閉空間中多個獨立空間分別作為碳化鎢粉末區(qū)，碳化鎢粉末區(qū)中分別填充碳化鎢粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括有通有氦氣的氦冷卻回路，氦冷回路中氦氣進(jìn)入一個屏蔽包層集氣腔，分流后進(jìn)入屏蔽包層冷卻板進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)第一集流腔收集后進(jìn)入第一壁冷卻第一壁，流出第一壁后進(jìn)入第二集流腔，然后進(jìn)入冷卻環(huán)向和徑向的格板，最后經(jīng)第三集流腔后流出增殖包層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括有通有由Flibe熔鹽構(gòu)成的冷卻劑和增殖劑的自冷回路，F(xiàn)libe熔鹽中LiF和BeF2的比例為2:1，自冷回路中Flibe熔鹽由進(jìn)入第四集流腔，經(jīng)底部分流后進(jìn)入中子倍增區(qū)帶走反應(yīng)產(chǎn)生的氚，同時進(jìn)入其中一個Flibe區(qū)與部分中子反應(yīng)，然后進(jìn)入另一個Flibe區(qū)，最后流出增殖包層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:增殖包層的第一壁、格板、背板均采用低活化鐵素體/馬氏體鋼材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，其特征在于:屏蔽包層的屏蔽包層外殼、屏蔽包層冷卻板均采用低活化鐵素體/馬氏體鋼材料制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于聚變堆的Flibe熔鹽包層結(jié)構(gòu)，包括增殖包層，屏蔽包層及其支撐結(jié)構(gòu)。采用低活化鐵素體/馬氏體鋼作為結(jié)構(gòu)材料，氦氣為結(jié)構(gòu)材料提供冷卻；采用Flibe熔鹽作為氚增殖劑和冷卻劑。本發(fā)明的增殖、屏蔽包層一體化設(shè)計方便了遙操作維護(hù)；采用流動Flibe熔鹽作為氚增殖劑和冷卻劑，簡化了包層結(jié)構(gòu)設(shè)計，有利于包層結(jié)構(gòu)的加工。本發(fā)明既解決了固態(tài)包層不易實現(xiàn)在線換料及氚的提取問題，又解決了傳統(tǒng)液態(tài)鋰鉛金屬包層液態(tài)金屬流動帶來的磁流體動力學(xué)問題，提高了包層結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。
【IPC分類】G21B1-11, G21B1-13
【公開號】CN104616703
【申請?zhí)枴緾N201510003092
【發(fā)明人】雷明準(zhǔn), 宋云濤, 葉民友, 陸坤, 劉素梅, 徐淑玲
【申請人】中國科學(xué)院等離子體物理研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月5日