[發(fā)明專利]一種具有阻氚功能的聚變堆偏濾器部件有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910192029.7 | 申請日： | 2019-03-14 |
| 公開（公告）號： | CN109979609B | 公開（公告）日： | 2021-04-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 周海山;劉皓東;羅廣南;王露;李建剛 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 |
| 主分類號： | G21B1/13 | 分類號： | G21B1/13 |
| 代理公司： | 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112 | 代理人： | 宋仔娟 |
| 地址： | 230031 安徽*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 具有 功能 聚變 濾器 部件 | ||
本發(fā)明公開了一種具有阻氚功能的聚變堆偏濾器部件，包括有多個鎢瓦塊、適配層、冷卻流道管，各鎢瓦塊并排放置且中部均開有同軸、同直徑的通孔，相鄰鎢瓦塊之間設(shè)有阻氚部件，通孔內(nèi)壁上固定有適配層，所述冷卻流道管穿入各鎢瓦塊的適配層中，冷卻劑從所述冷卻流道管中通過。本發(fā)明制造過程不需要大幅改變原有制造工藝，可有效控制成本。通過本發(fā)明提出的阻氚結(jié)構(gòu)的實(shí)施，偏濾器運(yùn)行時可以在承受~10MW/m2穩(wěn)態(tài)熱流以及~1024m?2s?1穩(wěn)態(tài)粒子流的同時兼具防氚滲透功能，減少放射性同位素氚進(jìn)入冷卻劑，緩解聚變堆氚水后處理的負(fù)荷，增加安全性；同時加速聚變堆氚循環(huán)過程，有望減小氚工廠規(guī)模，提升聚變堆的經(jīng)濟(jì)性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及磁約束核聚變領(lǐng)域，具體內(nèi)容是一種具有阻氚功能的聚變堆偏濾器部件。
背景技術(shù)
現(xiàn)代磁約束聚變堆普遍采用偏濾器位形，該位形可以有效地屏蔽來自器壁的雜質(zhì)，減少對中心等離子體的污染，排出來自中心等離子體的粒子流和熱流以及核聚變反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的氦灰。偏濾器面向等離子體部件（PFC）則是由耐高溫的面向等離子體材料（如鎢）以及熱導(dǎo)率較高的結(jié)構(gòu)材料（如銅合金或鋼）制造。目前國際熱核聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆ITER以及部分聚變堆偏濾器部件設(shè)計中，為了緩解偏濾器部件受到的熱應(yīng)力和電磁力作用，均不采用大面積整體鎢塊作為面向等離子體材料，而是采用穿管（monoblock）結(jié)構(gòu)，即鎢瓦塊穿焊在熱沉管上，瓦塊之間留有縫隙，縫隙底部結(jié)構(gòu)材料裸露于外部真空室。
氚作為聚變?nèi)剂现唬瑯O其昂貴且有放射性。氚主要以等離子體的形式被磁場約束在芯部，但部分氚粒子（包括離子和原子態(tài)）仍可能通過橫越磁力線的擴(kuò)散以及電荷交換過程轟擊偏濾器的表面；在偏濾器打擊點(diǎn)，氚離子和原子更是直接與面向等離子體部件劇烈地相互作用。雖然這些縫隙與磁力線有一定夾角，避免了帶電粒子沿磁力線進(jìn)入，但邊界等離子體中還有高通量的中性氚原子不受磁場約束，可能通過縫隙直接轟擊PFC底部的結(jié)構(gòu)材料，并以超滲透方式進(jìn)入冷卻回路。由于氫同位素在結(jié)構(gòu)材料中的擴(kuò)散率和滲透率相對于作為面向等離子體材料的鎢更高，且管道壁厚較小，氚從該捷徑滲透進(jìn)入PFC的速度和通量都將遠(yuǎn)高于轟擊鎢表面的情況，進(jìn)而影響聚變堆的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種具有阻氚功能的聚變堆偏濾器部件。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種具有阻氚功能的聚變堆偏濾器部件，包括多個鎢瓦塊、適配層、冷卻流道管，所述各鎢瓦塊并排放置且中部均開有同軸、同直徑的通孔。所述相鄰鎢瓦塊之間設(shè)有阻氚部件，所述通孔內(nèi)壁上固定有適配層，所述冷卻流道管穿入各鎢瓦塊的適配層中，冷卻劑從所述冷卻流道管中通過。所述鎢瓦塊為平整式鎢瓦塊，平整式鎢瓦塊的表面光潔。所述適配層的材料為無氧銅，無氧銅利用澆鑄或者熱等靜壓工藝附著在所述的鎢瓦塊的孔壁上。所述冷卻流道管的材料為銅合金或者低活化鋼，冷卻流道管通過熱等靜壓或者釬焊工藝與適配層結(jié)合。
所述相鄰鎢瓦塊之間縫隙中填入有阻氚環(huán)或者凸臺式鎢瓦塊作為阻氚部件，防止冷卻流道管直接暴露于堆內(nèi)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)阻氚功能。若阻氚部件為阻氚環(huán)，則阻氚環(huán)尺寸能完全覆蓋相鄰鎢瓦塊之間縫隙處的冷卻流道管，在部件整體的熱等靜壓或者釬焊連接工藝中，阻氚環(huán)兼具控制鎢瓦塊縫隙尺寸精度的定位作用，阻氚環(huán)由氫同位素滲透率低的鎢、鉬材料制成。若阻氚部件為凸臺式鎢瓦塊，則各凸臺式鎢瓦塊的相同側(cè)帶有一環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺的尺寸能完全覆蓋相鄰鎢瓦塊之間縫隙處的冷卻流道管。
本發(fā)明帶來的有益效果如下：
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