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CFETR氦冷陶瓷增殖包层中子学计算分析

刘琪

  中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)是目前正在设计的全超导托卡马克实验堆,主要目的是验证氚自持、等离子体稳态运行等关键技术。包层作为聚变堆的核心部件,承担着氚增殖、能量转换、辐射屏蔽等重要作用,因而包层设计是聚变堆整体设计中的重要环节。对包层设计进行中子学分析,一方面是为了验证包层设计的合理性和工程可行性,另一方面是为了确保反应堆的安全运行以及停堆后的辐照安全。本文以CFETR氦冷陶瓷增殖包层设计方案为研究对象,首先根据设计进行三维中子学建模,然后从输运和活化两大方面对CFETR氦冷陶瓷增殖包层方案进行全面的中子学计算分析。中子输运计算分析采用蒙特卡罗输运程序MCNP和国际原子能机构发布的核数据库FENDL2.1,研究内容包括氚增殖比、中子壁负载、中子通量密度、核热分布、氦气产生率和原子离位损伤。研究结果表明,CFETR氦冷陶瓷增殖包层方案具有良好的产氚能力,满足氚自持要求,同时具备良好的中子屏蔽性能,中子通量下降规律符合预期,此外包层材料在反应堆运行期间的产氦率和原子离位损伤也在可接受范围之内,表明包层材料的抗辐照性能良好。中子活化计算分析采用欧洲活化分析程序FISPACT和EAF核数据库,研究内容包括放射性活度、衰变余热和停堆剂量率。活化研究结果表明,停堆初期包层内产生的放射性活度主要来自中子与氚增殖剂Li4Si04反应产生的氚,衰变余热主要由结构材料Eurofer钢活化产生的放射性核素56 Mn和55Fe贡献,停堆后靠近包层第一壁位置的辐射剂量最高,需要冷却数十年的时间停堆剂量率才能降到远程操作剂量率水平标准10mSv/h,要想达到手工操作剂量率水平标准10μSv/h则需要上百年时间。……   
[关键词]:聚变堆;包层;中子学;输运分析;活化分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国科学技术大学2017年
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