多功能聚变工程实验堆堆芯方案初步设计与分析

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1、ParametersByHuiWangADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofNuclearEnergyScienceandEngineeringHefeiInstituteofPhysicalScience，ChineseAcademyofSciencesMarch，2013学位论文原创性声明郑重声明：本人呈交的学位论文《多功能聚变

2、工程实验堆堆芯方案初步设计与分析》，是在导师的指导下，进行研究工作取得的成果。论文中所有数据、图片资料均真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有的著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位，本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。本人签名：渔堡日期：伽fslS，蟛致谢光阴荏苒，光阴如梭，硕士研究生的学习即将结束。回首这三年的研究生学习生活历程，我得到了许多的关怀和帮助，在这里表示我最诚挚的谢意。首先，

3、衷心感谢导师吴宜灿老师。吴老师严谨的科研思路、实事求是的治学态度、渊博的学识、敬业的精神、对科研工作敏锐的洞察能力是我学习的楷模，并时时鞭策我奋发向上。在此，对您三年来对我学术上的指导和生活上的关怀表示最诚挚的谢意。诚挚感谢黄群英老师在我求学期间对我学习和生活上的指导和帮助，您兢兢业业、任劳任怨的工作态度深深影响了我，您对工作的孜孜以求、精益求精的态度将激励我努力奋斗。由衷感谢蒋洁琼老师、王明煌师兄、倪木一师兄在学习、研究等方面给予的帮助指导和支持。感谢物理部曾勤老师、宋钢老师、赵柱民老师在工作中的支持和帮助。非常感谢段文学师

4、兄、侯雅巍师兄、孙林老师、杜红飞师兄、陈德鸿师兄、曾秋孙无私的支持和帮助，特别是陈德鸿、杜红飞两位师兄在科研、生活等方面的启发、帮助。感谢陈忠、李敏、袁宝新、廉超、付雪微、吕中良、毛利胜等课题组成员的支持和帮助。感谢我的同学陈学勇、鲍国刚、陈小强、何梅生、陈钊、盛美玲、姚曦等在生活、学习上的帮助。衷心感谢所有FDS团队成员和其他关心、帮助过我的每一个人。感谢研究生部的老师对我在学业和生活上的关心和帮助。感谢评阅论文和出席论文答辩的诸位专家、教授给予的悉心指导!感谢我的父母，二十多年如一日的无尽关怀和默默支持。摘要聚变能被普遍认

5、为是一种清洁的能源，聚变裂变混合堆也是一个解决未来能源问题的有效途径，但一般认为在利用聚变能之前，需要一个聚变工程实验堆对相关工程问题进行研究测试。中科院核能安全技术研究所·FDS团队提出了多功能聚变工程实验堆(FDS．MFX)的概念，用于验证聚变和混合示范堆相关技术，同时还可为未来聚变或聚变裂变混合堆中所需的材料和关键技术提供一个良好的实验平台，为相关技术的发展奠定基础。本文首先从物理、工程特点和经济性等方面深入调研分析了三种常见聚变装置常规托卡马克、球形托卡马克、磁镜的特点和优劣，分析认为常规托卡马克具有物理、工程基础成熟

6、，聚变增益(Q值)高的优点；球形托卡马克作为体中子源用于部件测试或混合堆驱动器在不久的未来是可能的，而且与常规托卡马克相比有成本低的优点：磁镜位形简单、比压高的特点使其非常适于作为点中子源，其易于稳态运行的特点也使其作为混合堆堆芯有很大潜力，但仍需解决很多相关问题。然后，针对FDS—MFX的特点和要求，对三种装置用作FDS—MFX的聚变堆芯的适用性和前景做了评估，发现常规托卡马克和球形托卡马克是FDS-MFX未来比较可行的堆芯方案，尽管还有一些关键问题有待解决。最后，利用FDS团队开发的聚变反应堆设计参数优化与经济性分析软件S

7、YSCODE分别对基于常规托卡马克和球形托卡马克的两种聚变堆芯进行了初步设计和分析。对于常规托卡马克，给出了一个基于ITER物理设计基础的堆芯初步设计方案，评估了其可行性，并用托卡马克模拟程序(TSC)进行了等离子体平衡计算和放电模拟，结果表明设计方案初步可行。对于球形托卡马克，分析了各设计参数的影响关系，给出了初步设计，并从工程角度初步分析了中心导体柱的技术可行性。关键词：聚变工程实验堆：混合堆：等离子体堆芯；等离子体物理木本工作得到国家磁约束核聚变研究专项资助(20lIGBll4004)和中科院知识创新工程重要方向项目-高

8、辐照场下的材料研究：聚变实验堆概念与材料体系设计研究(KJCX2．YW-N35)的资助。IIAbsuactAbstractFusionenergyisaverycleanandsafeenergysource，andfusiondrivenhybridreactorisals