[發明專利]一種聚變堆用包層結構

有效

• 申請號: 201711380835.4
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107945886B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 張善文;陳家豪;張磊;張燾;鐘子強;李亞星
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G21B1/11
• 分類號: G21B1/11;G21B1/13
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

一種聚變堆用新型包層結構，包括U型第一壁、蓋板、前背板、后背板、增殖單元等結構，U型第一壁、上下蓋板內部均開槽，上下蓋板與U型第一壁和前后背板焊接，形成密封的外盒。增殖單元插入前后背板進行固連，內部氚增殖劑以球床的形式被冷卻板包裹，球床和冷卻板同時被密封在中子倍增劑里。前后背板分別與上下蓋板和U型第一壁形成六層板狀的氣體聯箱，用于收集和重新分配冷卻劑和吹掃氣體。本發明在保證模塊增殖效果的前提下，中心區采用“M”型冷卻通道，能夠更好地提高冷卻效果，同時減少安裝程序，便于更換維護。

技術領域

本發明屬于磁約束核聚變技術領域，具體涉及一種聚變堆用包層結構。

背景技術

聚變堆中氚增殖包層是托卡馬克裝置內的關鍵部件，其主要作用包括：1、通過聚變中子與鋰陶瓷氚增殖劑的反應增殖聚變反應原料氚，并由相應的提氚系統進行氚提取；2、沉積進入包層的聚變反應熱量，由氦氣冷卻系統帶出并轉換成電能；3、屏蔽輻射，減小堆內放射性物質擴散等。

固態包層是目前國際上聚變堆包層中公認最有可能實現的包層概念之一，其冷卻結構作為固態包層設計的重要內容，是國內外大量學者重點研究的領域。現有技術中，氦冷固態包層的冷卻系統設計大多復雜且冷卻效果不佳，不具有環向回流效果。同時，現有固態包層模塊多為大尺寸構件，安裝程序繁瑣，加工難度極高，不適宜大規模生產制造。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種聚變堆用包層結構。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種聚變堆用包層結構，其特征在于，包括：U型第一壁、蓋板、前背板、后背板和增殖單元，所述前背板包括從前至后依次排列的前背板一、前背板二、前背板三，所述后背板包括從前至后依次排列的后背板一、后背板二、后背板三、后背板四、后背板五、后背板六；所述增殖單元的前側依次插入前背板三、前背板二、前背板一中，增殖單元的后側依次插入后背板一、后背板二、后背板三、后背板四、后背板五、后背板六中；前背板和后背板依次焊接在U型第一壁上，所述蓋板包括上下兩塊，上下兩塊蓋板與U型第一壁、前背板、后背板依次焊接固連。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

所述后背板五和后背板六之間形成氦氣聯箱一，所述后背板一和后背板二之間形成氦氣聯箱二，所述前背板一和前背板二之間形成氦氣聯箱三，所述后背板四與后背板五之間形成氦氣聯箱四，其中，氦氣聯箱一中設有氦冷卻劑通入口，氦氣聯箱四中設有氦冷卻劑回收口。

所述U型第一壁中由上至下依次排布有十個U型的冷卻回路一，所述冷卻回路一的兩端均設有開口，蓋板中設有八個蛇形線型冷卻回路二，冷卻回路一和冷卻回路二均與氦氣聯箱一、氦氣聯箱二相連通。

所述冷卻回路一和冷卻回路二均具有矩形的管道截面。

所述增殖單元數量為二十四塊，按4×6進行排布，增殖單元由兩對直管道和一個中心管道組成，所述直管道包括通道一、通道二、通道四和通道五，所述中心管道為通道三，所述通道一和通道五均連接氦氣聯箱二與氦氣聯箱三，所述通道三連接氦氣聯箱三與氦氣聯箱四，所述通道二與通道四用于裝填Li₄SiO₄球，作為氚增殖區。

首先，氦氣首先進入氦氣聯箱一，由氦氣聯箱一進入冷卻回路一和冷卻回路二中：氦氣從氦氣聯箱一的兩側進入冷卻回路一一端的開口，并在冷卻回路一內形成回流再由另一端的開口流出，進入氦氣聯箱二；氦氣流入冷卻回路二后，在蓋板中吸收熱量后流入氦氣聯箱二；接著，流經氦氣聯箱二的氦氣進入增殖單元中，沿著增殖單元兩側的通道一和通道五進入氦氣聯箱三，再經過通道三流入氦氣聯箱四中；最后，氦氣通過氦氣聯箱四回收到外界進行能量交換。

所述U型第一壁的外壁側涂有鎢層。