一种喷淋式第一液态壁发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核反应堆第一壁技术领域，尤其涉及一种喷淋式第一液态壁发生装置。
【背景技术】
[0002]当今世界面临着两大问题:能源和环境。科学技术的创新、发展与进步，特别是可持续核聚变的研宄、开发和建造，将为解决这两个问题创造可能。经过近半个世纪的研宄，对可控核聚变的实现取得了一系列成果。轻核聚变反应需要满足劳逊判据，即离子密度和约束时间的数学乘积必须大于一定阈值，该阈值是与聚变反应温度有关的函数。氘氚聚变是地球上最可能实现的受控聚变反应，可以释放大量能量，其量大，可供人类连续使用17年以上。不产生硫、氮氧化物等污染物质，不释放温室气体，无长寿期放射性产物，因此，聚变能是目前认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的重要途径之一。
[0003]作为核聚变基础的等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，第一壁作为热核聚变的关键部件之一，其作为直接面对等离子体的第一个固态壁，将承受高强度的中子负载和表面热负载。对材料的要求相当严格，而目前的工业对第一壁材料的研宄虽然取得了长足的进步。但是要明显提高第一壁性能还需要长期的努力，第一壁对温度、应力、中子冲击及可靠性设计的高要求，一直是制约第一壁发展的关键因素之一，固体靶板材料仅能承受8MW/m2的热负荷，未来预计能承受20MW/m2左右的热负荷，液态自由表面克服了固体块材的中子辐照性能退降、使用寿命短、更换困难等缺点，可方便地通过循环处理更新加以解决，现有技术中，液态金属组成的第一壁多以射流、液膜和液帘等运动形式存在，和流动的液态金属表面相比，难以承受较高的中子通量和表面热负荷。
[0004]由于上述问题的存在，本发明人对现有的核反应堆第一壁技术进行研宄和改进，以期设计出一种能承受更高的中子通量和表面热负荷，并且安全可靠的喷淋式第一液态壁发生装置。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:该第一液态壁发生装置通过在真空室中等离子体的上方和两侧分别设置上部喷淋环管和内、外侧喷淋环管，并在内、夕卜侧喷淋环管上方和反应堆底部设置内、外侧收集槽和下部收集槽，液态金属从上部喷淋环管向内侧、外侧喷射，落入内、外侧收集槽，完成对等离子体上方的封闭；同时，液态金属经内、外侧喷淋环管分别向外、向内喷射，落入下部收集槽，完成对等离子体下方的封闭，从而形成第一液态壁，最后将液态金属从反应堆内抽出，完成对反应堆内热量的导出，从而形成包围真空室中等离子体的第一液态壁，从而完成本发明。
[0006]本发明目的在于提供以下方面:
[0007](I) 一种喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，该发生装置包括分别设置在真空室中等离子体2上方的上部喷淋环管I和两侧的外侧喷淋环管31、内侧喷淋环管32，分别在所述上部喷淋环管1、外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32的侧部开设有喷淋口，从所述喷淋口向外喷射液态金属形成包围所述等离子体2的第一液态壁。
[0008](2)根据上述(I)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，所述等离子体2呈环状，所述上部喷淋环管1、外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32的中心点与所述等离子体2的中心点共线。
[0009](3)根据上述(I)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，所述外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32分别设置在等离子体2水平方向的最大半径和最小半径处。
[0010](4)根据上述⑴所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，在所述外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32上方分别设置有外侧收集槽51和内侧收集槽52，外侧收集槽51和内侧收集槽52分别用于收集从所述上部喷淋环管I向内侧和向外侧喷射的液态金属；
[0011]在该发生装置的底部还设置有用于收集从外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32喷射的液态金属的下部收集槽4。
[0012](5)根据上述(4)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，从所述上部喷淋环管1、外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32上的喷淋口向外喷射的液态金属具有预定的初速度，所述初速度使得从上部喷淋环管I的喷淋口向内侧、外侧喷射的液态金属能分别落入内侧收集槽52和外侧收集槽51中；
[0013]所述初速度使得从外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32上的喷淋口分别向内侧、向外侧喷射的液态金属能落入下部收集槽4中。
[0014](6)根据上述(5)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，从上部喷淋环管I上的喷淋口向外侧喷射的液态金属的初速度方向与上部喷淋环管I和下部收集槽4的连线夹角呈55°?67°，向内侧喷射的液态金属初速度方向与上部喷淋环管I和下部收集槽4的连线夹角呈40°?69° ;
[0015]从外侧喷淋环管31上的喷淋口向内侧喷射的液态金属的初速度方向与上部喷淋环管I和下部收集槽4的连线夹角呈30°?45°，从内侧喷淋环管32向外侧喷射的液态金属的初速度方向与上部喷淋环管I和下部收集槽4的连线夹角呈15°?35°。
[0016](7)根据上述(6)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，从所述喷淋环管向外喷射的液态金属的初速度大小为0.9m/s?13.8m/s，其中，从外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32上的喷淋口喷射的液态金属的初速度值均大于从上部喷淋环管I上的喷淋口喷射的液态金属的初速度值。
[0017](8)根据上述(I)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，所述液态金属可以是液态锂、液态锂铅或液态锂锡，优选地为液态锂铅。
[0018](9)根据上述(I)所述的喷淋式第一液态壁发生装置，其特征在于，所述上部喷淋环管1、外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32都包括支撑层11和覆盖层12 ;
[0019]在所述液态壁发生装置上设置有向上部喷淋环管1、外侧喷淋环管31和内侧喷淋环管32中注入液态金属的注入装置。
[0020](10) 一种喷淋式第一液态壁的制造方法，其特征在于，该方法是通过上述(I)至
(9)中任一项所述的喷淋式第一液态壁发生装置实现的。
[0021]根据本发明提供的喷淋式第一液态壁发生装置，具有如下有益效果:
[0022](I)本发明提供的喷淋式第一液态壁发生装置提供的第一液态壁克服了现有技术中固态磁约束第一壁对材料的严格要求；
[0023](2)本发明中，第一液态壁采用的液态金属能提取核聚变的氚燃料，促进聚变反应的循环，提高了燃料的利用率；
[0024](3)本发明中，第一液态壁中，流动的液态金属热负荷能高达50MW/m2;
[0025](4)本发明中，第一液态壁将等离子体包围在一个封闭的空间中，有利于堆芯能量的排出，同时也有效束缚了中子，保证了整个聚变堆的安全性；
[0026](5)本发明中，喷淋式第一液态壁发生装置中设置有液态金属的回收槽，经回收后的液态金属可循环使用，节约了原料，降低了成本，操作简单，有利于工业化。
【附图说明】
[0027]图1示出根据本发明一种优选实施方式的喷淋式第一液态壁发生装置的结构示意图；
[0028]图2示出根据本发明一种优选实施方式的喷淋式第一液态壁发生装置的位置、角度控制示意图；
[0029]图3示出根据本发明一种优选实施方式的喷淋式第一液态壁发生装置的上部喷淋环管的截面示意图；
[0030]图4示出根据本发明一种优选实施方式的喷淋式第一液态壁发生装置的外侧喷淋环管和内侧喷淋环管的截面示意图。
[0031]附图标号说明:
[0032]1-上部喷淋环管
[0033]11-支撑层
[0034]12-覆盖层
[0035]2-等离子体
[0036]31-外侧喷淋环管
[0037]32-内侧喷淋环管
[0038]4-下部收集槽
[0039]51-外侧收集槽
[0040]52-内侧收集槽
[0041]6-上方迹线
[0042]7-下方迹线
【具体实施方式】
[0043]下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0044]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0045]本发明提供的喷淋式第一液态壁发生装置既可用于EAST装置中，也可用于ITER装置中。
[0046]本发明中，EAST装置也称为“实验型先进超导托卡马克”，是一台全超导托卡马克装置，该装置具有真正意义的全超导和非圆截面特性，更有利于科学家探索等离子体稳态先进运行模式，其中，托卡马克是一个由封闭磁场组成的容器，可用来约束电离了的等离子体。
[0047]本发明中，ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。
[0048]在根据本发明的一个优选实施方式中，在EAST装置和ITER装置中，