一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核聚变包层领域，具体是一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构。
【背景技术】
[0002]包层是聚变堆的重要组成部件，其主要功能有实现氚增殖；产生和移除用于发电的热能；移除第一壁表面热流及包层结构上沉积的核热使整个包层结构的温度与应力低于材料的许用值。
[0003]包层根据增殖剂类型的不同可以分为固态增殖剂包层和液态增殖剂包层两大类。其中，固态增殖剂包层根据冷却剂不同一般分为氦冷固态增殖包层和水冷固态增殖包层。一般采用模块化设计，氚增殖剂采用正硅酸锂、钛酸锂等材料，中子倍增剂一般采用Be或Be12Ti等材料，均为球床结构；结构材料采用低活化铁素体/马氏体钢。固态增殖剂受到锂原子密度的限制，氚增殖率相对较低，所以需要在包层内放置中子倍增剂以提高氚增殖率。增殖区产生的氚主要通过氦气携带氢气冲刷球床的方式，利用同位素交换的原理把产生的氚带出送到包层外的氚回收系统中，因此必须在包层内设计专门提氚回路回收增殖的氚，提氚回路和冷却回路的设计了增加了固态增殖包层的设计难度。
[0004]液态包层有着良好的几何适应性，可以简化液态包层结构设计。液态包层一般又分为液态金属包层和液态熔盐包层。液态金属包层一般采用液态锂或锂铅等作为增殖剂，采用低活化铁素体/马氏体钢作为结构材料，采用氦气或水冷却结构部件。液态金属增殖剂的使用同样会带来一些问题:由于液态金属在高温下对结构材料的腐蚀作用，要求结构材料与液态金属之间有良好的相容性；另外，由于聚变堆特有的强磁场环境，液态金属在磁场下流动会导致磁流体动力学效应，增加流动的压力降，从而增加功耗。相比于液态金属包层，液态熔盐包层具有无磁流体动力学效应的优点。针对液态熔盐Flibe增殖包层，提出了一种新的聚变堆熔盐Flibe增殖包层结构概念。
[0005]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，以解决现有技术存在的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:包括增殖包层、屏蔽包层，所述增殖包层包括结构材料内部中空的第一壁、背板，第一壁与背板围成密闭空间，第一壁与背板围成的密闭空间中设置有两道环向的结构材料内部开槽的格板，且格板将第一壁与背板围成的密闭空间依次分隔成三个独立空间，其中中间的独立空间作为中子倍增区，其余两个独立空间作为Flibe区，第一壁与背板围成的密闭空间中还设置有穿过中子倍增区、两Flibe区的径向的格板；所述屏蔽包层包括屏蔽包层外壳，屏蔽包层外壳连接在增殖包层中背板与第一壁连接处，且屏蔽包层外壳与背板围成密闭空间，屏蔽包层外壳与背板围成的密闭空间中设置有多道环向的结构材料内部中空的屏蔽包层冷却板，且屏蔽包层冷却板将屏蔽包层外壳与背板围成的密闭空间依次分隔成多个独立空间，屏蔽包层外壳与背板围成的密闭空间中多个独立空间分别作为碳化钨粉末区，碳化钨粉末区中分别填充碳化钨粉末。
[0007]所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:还包括有通有氦气的氦冷却回路，氦冷回路中氦气进入一个屏蔽包层集气腔，分流后进入屏蔽包层冷却板进行冷却，然后经第一集流腔收集后进入第一壁冷却第一壁，流出第一壁后进入第二集流腔，然后进入冷却环向和径向的格板，最后经第三集流腔后流出增殖包层。
[0008]所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:还包括有通有由Flibe熔盐构成的冷却剂和增殖剂的自冷回路，Flibe熔盐中LiF和BeF2的比例为2:1，自冷回路中Flibe熔盐由进入第四集流腔，经底部分流后进入中子倍增区带走反应产生的氚，同时进入其中一个Flibe区与部分中子反应，然后进入另一个Flibe区，最后流出增殖包层。
[0009]所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:增殖包层的第一壁、格板、背板均采用低活化铁素体/马氏体钢材料制成。
[0010]所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:屏蔽包层的屏蔽包层外壳、屏蔽包层冷却板均采用低活化铁素体/马氏体钢材料制成。
[0011]本发明的优点是:(I)采用流动Flibe熔盐作为氚增殖剂和冷却剂，简化了增殖包层结构设计，有利于包层结构的加工；(2)相比氦冷固态增殖包层，氚增殖剂具有流动性，容易实现在线换料及氚的提取；(3)相比液态锂铅金属包层，避免了液态金属流动带来的磁流体动力学问题，提高了包层结构的安全可靠性；(4)增殖包层屏蔽包层一体化设计简化了要操作维护。
【附图说明】
[0012]图1为本发明截面图。
[0013]图2为本发明整体结构图。
[0014]图3为本发明底部放大图。
[0015]图4为本发明上部放大图。
【具体实施方式】
[0016]如图1、图2所示，一种用于聚变堆的Fl ibe熔盐包层结构，整体由柔性支撑I和底部支撑2固定于真空室内的包层轨道上，包括增殖包层、屏蔽包层，增殖包层包括结构材料内部中空的第一壁3、背板5，第一壁3与背板5围成密闭空间，第一壁3与背板5围成的密闭空间中设置有两道环向的结构材料内部开槽的格板4,且格板4将第一壁3与背板5围成的密闭空间依次分隔成三个独立空间，其中中间的独立空间作为中子倍增区8，其余两个独立空间作为Flibe区6、7，第一壁3与背板5围成的密闭空间中还设置有穿过中子倍增区8、两Flibe区6、7的径向的格板；屏蔽包层包括屏蔽包层外壳9，屏蔽包层外壳9连接在增殖包层中背板5与第一壁3连接处,且屏蔽包层外壳9与背板5围成密闭空间,屏蔽包层外壳9与背板5围成的密闭空间中设置有多道环向的结构材料内部中空的屏蔽包层冷却板10，且屏蔽包层冷却板10将屏蔽包层外壳9与背板5围成的密闭空间依次分隔成多个独立空间，屏蔽包层外壳9与背板5围成的密闭空间中多个独立空间分别作为碳化钨粉末区11，碳化钨粉末区11中分别填充碳化钨粉末。
[0017]如图3、图4所示，还包括有通有氦气的氦冷却回路，氦冷回路中氦气进入一个屏蔽包层集气腔12，分流后进入屏蔽包层冷却板10进行冷却，然后经第一集流腔13收集后进入第一壁3冷却第一壁3，流出第一壁3后进入第二集流腔14，然后进入冷却环向和径向的格板4，最后经第三集流腔15后流出增殖包层。
[0018]还包括有通有由Flibe熔盐构成的冷却剂和增殖剂的自冷回路，Flibe熔盐中LiF和BeF2的比例为2:1，自冷回路中Flibe熔盐由进入第四集流腔16，经底部分流后进入中子倍增区8带走反应产生的氚，同时进入其中一个Flibe区7与部分快中子反应，然后进入另一个Flibe区6，最后流出增殖包层。
[0019]增殖包层的第一壁3、格板4、背板5均采用低活化铁素体/马氏体钢材料制成。
[0020]屏蔽包层的屏蔽包层外壳9、屏蔽包层冷却板10均采用低活化铁素体/马氏体钢材料制成。
【主权项】
1.一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:包括增殖包层、屏蔽包层，所述增殖包层包括结构材料内部中空的第一壁、背板，第一壁与背板围成密闭空间，第一壁与背板围成的密闭空间中设置有两道环向的结构材料内部开槽的格板，且格板将第一壁与背板围成的密闭空间依次分隔成三个独立空间，其中中间的独立空间作为中子倍增区，其余两个独立空间作为Flibe区，第一壁与背板围成的密闭空间中还设置有穿过中子倍增区、两Flibe区的径向的格板；所述屏蔽包层包括屏蔽包层外壳，屏蔽包层外壳连接在增殖包层中背板与第一壁连接处，且屏蔽包层外壳与背板围成密闭空间，屏蔽包层外壳与背板围成的密闭空间中设置有多道环向的结构材料内部中空的屏蔽包层冷却板，且屏蔽包层冷却板将屏蔽包层外壳与背板围成的密闭空间依次分隔成多个独立空间，屏蔽包层外壳与背板围成的密闭空间中多个独立空间分别作为碳化钨粉末区，碳化钨粉末区中分别填充碳化钨粉末。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:还包括有通有氦气的氦冷却回路，氦冷回路中氦气进入一个屏蔽包层集气腔，分流后进入屏蔽包层冷却板进行冷却，然后经第一集流腔收集后进入第一壁冷却第一壁，流出第一壁后进入第二集流腔，然后进入冷却环向和径向的格板，最后经第三集流腔后流出增殖包层。
3.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:还包括有通有由Flibe熔盐构成的冷却剂和增殖剂的自冷回路，Flibe熔盐中LiF和BeF2的比例为2:1，自冷回路中Flibe熔盐由进入第四集流腔，经底部分流后进入中子倍增区带走反应产生的氚，同时进入其中一个Flibe区与部分中子反应，然后进入另一个Flibe区，最后流出增殖包层。
4.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:增殖包层的第一壁、格板、背板均采用低活化铁素体/马氏体钢材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，其特征在于:屏蔽包层的屏蔽包层外壳、屏蔽包层冷却板均采用低活化铁素体/马氏体钢材料制成。
【专利摘要】本发明公开了一种用于聚变堆的Flibe熔盐包层结构，包括增殖包层，屏蔽包层及其支撑结构。采用低活化铁素体/马氏体钢作为结构材料，氦气为结构材料提供冷却；采用Flibe熔盐作为氚增殖剂和冷却剂。本发明的增殖、屏蔽包层一体化设计方便了遥操作维护；采用流动Flibe熔盐作为氚增殖剂和冷却剂，简化了包层结构设计，有利于包层结构的加工。本发明既解决了固态包层不易实现在线换料及氚的提取问题，又解决了传统液态锂铅金属包层液态金属流动带来的磁流体动力学问题，提高了包层结构的安全性和可靠性。
【IPC分类】G21B1-11, G21B1-13
【公开号】CN104616703
【申请号】CN201510003092
【发明人】雷明准, 宋云涛, 叶民友, 陆坤, 刘素梅, 徐淑玲
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月5日