国际热核实验反应堆(iter)真空室的设计介绍

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1、国际热核实验反应堆（ITER）真空室的设计介绍丁亚清（核工业西南物理研究院，四川成都610041）摘要：国际热核实验反应堆（ITER）是建造中的世界上最大的聚变反应堆，目前选址建造地点已确定在法国的卡达拉奇。这是一项国际合作计划，参加合作的六方为：欧盟、俄罗斯、日本、中国、韩国、和美国。ITER设计的宗旨是“演示聚变能和平应用的科学和工艺可行性”。本文主要介绍ITER真空室的设计。关键词：ITER真空室设计介绍ITERvacuumvesseldesignpresentationDINGYa-qing（SouthwesternInstituteofPhysics，Chengdu610041

2、，China）Abstract：ITERwillbethelargestfusionexperimentalreactorintheworld.Thisisaninternationalcooperativeproject.ITERcooperationpartiesareTheEuropeanUnion,RussianFederation,Japan,China,KoreaandTheUnitedstatesofAmerica.ITERistodemonstratethescientificandtechnologicalfeasibilityoffusionenergyforpeac

3、efulpurpose.ThevacuumvesseldesignforITERispresented.Keywords：ITERVacuumvesselDesignpresentation1引言ITER是一个长脉冲托卡马克聚变实验反应堆，它具有拉长截面的等离子体和单零极向偏滤器。设计给定感应驱动生产500MW的D-T聚变功率，燃烧时间400s，使用50MW[1～4]的辅助加热功率。该托卡马克的主要部件是超导磁体系统,它用来磁性约束、成形和控[5]制环形真空室内的等离子体。磁体系统由环向场(TF)线圈，中心螺线管(CS)，极向场(PF)线圈和校正线圈(CC)组成。作用在D形环向场线圈的向

4、心力由其自己形成的环行拱顶所支撑。TF线圈绕组被安装在坚固的钢盒子中。真空室是个双层不锈钢结构，被支撑在TF线圈盒的D形孔中。真空室内有基本的室内部件和可置换的室内部件。它们包括孔栏、加热天线、包层模块、1试验包层模块、偏滤器盒模块以及诊断模块等。它们吸收来自等离子体的辐射热和大部分中子，从而保护真空室壁和磁体线圈免受过分核辐照。屏蔽试验完成后，屏蔽包层模块可以被[6，7]在它外边的，也兼具屏蔽功能的氚增殖包层所置换。真空室及其室内部件上沉积的热量通过托卡马克冷却水系统传输到周围环境，冷却水系统是专为含氚和周围有放射性腐蚀产物的环境而设计的。这些热传输系统的一些单元通过烘烤来释放其捕获的

5、杂质，从而清洗真空室内面对等离子体的表面。整个托卡马克装置被处在一个低温恒温器内，在发热部件和4.5K低温冷却的磁体之间有80K的热屏蔽层。2真空室ITER真空室的基本特点是，真空室的结构为双层，基本形状为环形，材料为316L（N）-IG（ITER级的），见图1和图2。真空室直接支撑包层模块。包层冷却管安装在真空室壁内的近等离子体侧面。内外壳层厚度均为60mm厚的板，加强肋条为40mm厚的板。真空室参数见表1所例。包层模块的柔性支撑套可以部分地替换内外壳层的极向肋条。柔性支撑套也起到了第一约束边界的部分作用，它们联接着内外壳层。在壳层之间的空间将用SS-304板填充。每个真空室扇形段的跨

6、度为40°。对于制造和安装而言，这种扇形段的设计是有很大优点的。表1ITER真空室参数大环高度和大环外径11.3m/19.4m所有的双壁厚度0.34～0.75m扇形段数量9(40°扇形段)壳层/肋条厚度60mm/40mm环向/极向电阻8.8µO/3.8µO2内表面积943m总重量(无水)6500t热负载10MW冷却水进口温度100℃冷却水进口压力1.1MPa总的冷却质量流率950kg/s2图1真空室和包层模块极向分段1—填充屏蔽；2—包层模块；3—偏滤器盒（模块）;4—真空室。图2真空室的整个结构1—外壳层;2--柔性支撑套;3—极向肋条;4—内衬层;5—真空室支撑;6—上部窗口;7—真

7、空室冷却水出口;8—赤道窗口;9—下部窗口;10—真空室冷却水进口。3真空室是个具有多种功能的部件，包括：（1）提供产生和维护高质量真空的坚固边界；这是为限制杂质进入等离子体所必需的；（2）支撑真空室内部件和其引起的机械负荷；（3）参与中子防护；并且在脉冲放电期间移除里面相应的功率，在没有得到其他冷却剂的情况下能移除所有真空室内部件的衰减热量；（4）提供一个等离子体MHD稳定的连续导体壳，其环向一匝电阻约8µO；（5）通过窗口为诊断