[發明專利]一種先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層

無效

• 申請號: 201310484361.3
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103578574A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 程和平;邵增;劉國明;霍小東;易璇
• 申請（專利權）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G21B1/01
• 分類號: G21B1/01;G21B1/11
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

技術領域

本發明屬于核電設計技術，具體涉及一種先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層的設計。

背景技術

作為向受控核聚變電站過渡的特殊堆型，聚變-裂變混合堆在安全性、經濟性、能源優化利用以及環境影響方面具有特殊的優勢，以產能為主要目的的聚變-裂變次臨界能源堆是聚變-裂變混合堆的一種，它將聚變堆作為產生高通量中子的中子源，在聚變裝置外面包上一層裂變材料或可轉換材料（如²³⁸U、²³²Th），通過聚變中子引起的裂變、（n,2n）和俘獲反應來倍增能量和中子，從而產生電能和易裂變材料。以產能為主的裂變包層的能量倍增大，對聚變堆芯要求較低，可以實現得較早，同時混合堆的能量輸出大，熱效率高。

在產生能量倍增的同時，為了維持聚變堆芯的DT反應的持續進行，需要為聚變堆芯持續不斷的提供氚，通常是在包層外側布置產氚材料。產氚材料通常選用Li的化合物，主要利用⁶Li的（n，a）反應產生氚。該反應在熱中子能量區域有較大的截面，因此，通常選擇把產氚包層放置在裂變燃料組件后面，以充分利用裂變增殖和冷卻劑慢化的中子。

聚變燃料循環原理要求一個源中子在包層中產生的氚原子數量必須大于1，也就是氚增殖比必須大于1。在包層中產生的氚通過載體（如氦氣）帶出包層，由提氚系統提取出來，再注入到聚變堆芯中進行聚變反應。考慮到氚儲存、轉運等過程的損耗，一般選擇氚增殖比達到1.05-1.1作為設計目標。產氚包層的設計必須盡可能提高利用中子利用率，滿足氚增殖比的設計要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于聚變驅動的次臨界能源堆堆芯的產氚包層，以滿足次臨界能源堆芯氚增殖比的設計要求。

本發明的技術方案如下：一種先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，緊貼在燃料組件外側設置，包括若干層產氚材料，在相鄰的兩層產氚材料之間設有慢化劑水，產氚材料與慢化劑水之間設有鋯隔板，產氚包層外設有鋯包殼。

進一步，如上所述的先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，其中，所述的產氚包層的長度和寬度都與燃料組件相等。

進一步，如上所述的先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，其中，所述的產氚材料為含鋰材料，其厚度為2.0cm～4.0cm。

進一步，如上所述的先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，其中，所述的產氚材料的層數大于等于3層。

進一步，如上所述的先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，其中，所述的慢化劑水的厚度為1.5cm～2.5cm。

進一步，如上所述的先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，其中，所述的鋯隔板的厚度為0.1cm～0.5cm。

進一步，如上所述的先進的聚變-裂變次臨界能源堆堆芯產氚包層，其中，所述的鋯包殼的厚度為0.1cm～0.8cm。

本發明的有益效果如下：目前國內外設計的包層都是考慮在聚變堆芯外布置中子增殖材料如鈹等，在中子增殖材料后布置產氚包層。本發明所設計的適用于聚變驅動的次臨界能源堆堆芯的產氚包層，與已有設計的中子能譜有很大不同，采用了方便經濟的輕水作為慢化劑材料，是一種更先進的、具有工程可行性的布置和設計。產氚組件采用產氚材料與慢化劑水間隔排列的方式，用一定厚度的鋯層隔開，間隔排列的布置經過優化，能夠使得氚增殖比達到盡可能大，使產氚包層能夠滿足次臨界能源堆芯氚增殖比設計要求。

附圖說明

圖1為本發明產氚包層的結構示意圖；

圖2為產氚材料產氚反應截面圖；

圖3為產氚包層各層材料中快群與熱群的相對中子通量變化示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。

圖1給出了產氚包層的結構示意圖。本設計中，產氚包層緊貼在燃料組件外側，它們的長度和寬度都相等，但實際上產氚包層與燃料組件在結構上是相互獨立的。產氚包層采用層狀結構，由產氚材料、慢化劑水和鋯隔板分層構成，總厚度約為40cm。在相鄰的兩層產氚材料1之間設有慢化劑水2，產氚材料1與慢化劑水2之間設有鋯隔板3，產氚包層外設有鋯包殼4。產氚材料為含鋰材料，常壓的慢化劑水在產氚材料的鋯隔板之間流動，起慢化作用的同時，也帶走部分熱量，起到冷卻的作用。表1給出了產氚包層的參數表。

表1?產氚包層參數表