CFETR水冷陶瓷包层中子学试验模块初步设计与分析.pdf

第 37 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.37, No.1 2 0 1 7 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2017 文章编号：0254−6086(2017)01−0087−07 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201701016 CFETR 水冷陶瓷包层中子学试验模块 初步设计与分析 1, 2 2 2* 2 2 高芳芳 ，张小康 ，祝庆军 ，黄 凯 ，刘松林 (1. 中国科学技术大学核科学技术学院，合肥 230027 ；2. 中国科学院合肥物质研究院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：针对中国聚变工程实验堆(CFETR)水冷陶瓷增殖剂包层(WCCB)基本方案，进行了中子学试验模块初 步设计与分析。试验模块由 3 个氚增殖区、2 个中子倍增区、3 个冷却板以及第一壁、钨保护层、背板组成，并在 试验模块中放置碳酸锂探测器进行氚测量。通过 MCNP 输运程序和 IAEA 发布的聚变评价核数据库 FENDEL-2.1 对试验模块中子学性能进行评估，获得了试验模块各区域的中子能谱以及氚产生率(TPR)值；各个区域中子径向通 量以及由中子能谱所得到的边缘效应，表明内部区域能谱最能代表原包层的中子能谱；加反射层能提高试验模块的 TPR 值，综合考虑能谱，TPR 以及经济等因素，加钢反射层是较好的选择。 关键词：中子学；试验模块；TPR 中图分类号：TL62+6 文献标识码：A 1 引言 料，增值剂以及倍增剂的包层实验模块的产氚情 聚变中子学实验对于整个聚变堆的研究都有 况，并与模拟结果相对比[2] 。欧洲的 P Batistoni 主 着重要的作用 。目前，国内外主要从4 个方面进行 要针对氦冷陶瓷包层以及氦冷锂铅包层设计的实 中子学积分实验的研究，1) 评价中子核数据的检 验模块，实验模块包含了氦冷陶瓷包层以及氦冷锂 验；2) 中子学计算理论的检验；3) 专项积分量测 铅包层主要特性。为了让中子能谱更接近实际包 量；4) 设计思路的检验[1] 。其中设计思路的检验是 层，增加了聚乙烯反射层，在中子学实验中测量了 基于工程测试的方案，用缩小的实验模块来仿真实 实 验 模 块 的 产 氚 率 以 及 中 子 能 谱 [3~5] 。 印 度 的 际的反应堆包层，通过试验模块实验数据来评估实 Shrichand Jakhar 主要针对印度自己设计的锂铅冷 际反应堆设计的中子学参数的准确性[1] 。日本、欧 却陶瓷包层设计的中子学实验模块，测量其产氚 洲以及印度都进行了针对本国的增殖包层方案开 率，分析实验结果和模拟结果的差距原因[6] 。而中 展的增殖包层中子学实验。日本的A Klix 针对日本 国国内开始展开针对仿真实际包层的中子学实验 提出的水冷包层方案进行设计的水冷包层实验模 研究，在国家磁约束聚变能专项的支持下，拟分别 块，实验模块主要仿真了氚增殖层，中子倍增层以 开展 CFETR 3 个候选概念(氦冷陶瓷球床包层、氦 及实验模块和反射层，测量了不同成分的结构材 冷锂铅包层、水冷球床包层)的中子学积分实验研