产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算_杨进蔚

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1、第26卷第3期核聚变与等离子体物理Vol.26，No.32006年9月NuclearFusionandPlasmaPhysicsSep.2006文章编号：0254-6086(2006)03-0190-05产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算杨进蔚，冯开明，陈志，杨青巍（核工业西南物理研究院，成都610041）摘要：根据第一壁后聚变中子通量和能谱的空间分布和ITER可能输出的聚变功率、聚变中子产额、第一壁(产氚包层)之后的中子通量的蒙塔-卡罗中子输运(MCNP)计算，对氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层

2、模块（NT-TBM-HCSB）的聚变中子诊断提出概念性设计，本设计提出用固定位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量；用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。关键词：中子学和产氚试验包层模块(NT-TBM)；微裂变室探测器；封装箔活化分析系统中图分类号：O536文献标识码：A1引言套聚变中子测量系统。此诊断系统可用于中子倍增中子产氚包层（TBM）是国际热核实验堆(ITER)器的倍增效率，氚增殖层的增殖率与热核实验聚变需要重点研制的关键技

3、术之一，它关系到热核聚变堆的运行参数、加热和加料方式、磁流体不稳定性、堆氚燃料的自给。在自然界中几乎不存在天然氚，能量约束以及大破裂等离子体参数和状态之间的由裂变堆生产的少量氚，其价格非常昂贵。如果工程和物理相关关系的实验研究，测量倍增层、氚ITER计划顺利实施，在全功率运行条件下，每年增殖包层及其后进入屏蔽层的中子通量和能谱，并需数十公斤氚，而一个功率为1GW的商用聚变堆与MCNP计算相比较，优化和改进中子倍增器、氚每年需150kg氚，现有的氚生产工艺无法满足ITER增殖包层以及屏蔽层设计，提高氚增殖率

4、。和未来商用聚变堆对氚的需求。按氚的现行价格，ITER的运行费会因从堆外供给氚而奇高，聚变发2TBM中的中子通量和能谱电站的商业竞争能力会因此低下，而失去商业价根据ITER等离子体可达到的运行参数和放电值。因此利用高能聚变中子产生氚，使聚变堆使用条件，用MCNP模拟计算D-D和D-T中子的通量的氚燃料自给自足，甚至将聚变堆变成氚工厂具有在中子产氚试验包层（NT-TBM）中随其小半径r头等重要的意义，ITER各成员国将产氚包层看作的变化，如图1所示。由此，第一壁后的D-T中子15−2−1是为实现上述目标的重

5、大项目而全力研发。目前产通量接近10n·cm·s，在TBM中不考虑中子14−2−1氚包层的设计在核物理和核工程方面主要依靠聚倍增效应，其D-T中子通量在10n·cm·s上1112变中子学的蒙塔-卡罗模拟计算，但是现实的情形下；而TBM的D-D中子通量可达10~10−2−1和过程往往是非常复杂的，很难用数学-物理模型n·cm·s范围，这些数据为设计中子通量探测精确地描述，并且因为在计算中使用的核数据库虽器计数率的动态范围提供了依据。在TBM包层中，然是最新的，但一定不是最精准的，而且核数据库我们更关注快中子

6、的通量，因为在中子倍增和产氚也是在不断完善的过程中，所以任何模拟计算的结的核反应中，对入射中子的能量有阈值要求，因此果对科学研究和工程设计有指导意义，但不能代替需要了解聚变中子的能谱。图2和图3分别给出科学实验和现场测试。为此我们为产氚包层设计三D-D中子和D-T中子在NT-TBM中各小半径处中收稿日期：2005-10-24；修订日期：2006-04-26基金项目：国家自然科学基金赞助项目(10175021)作者简介：杨进蔚(1943-)，男，四川省西充县人，研究员，从事磁约束聚变装置的核辐射测量和托卡马

7、克物理实验研究。第3期杨进蔚等：产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算191子能谱变化的MCNP计算结果。模拟计算表明：在3中子通量测量系统第一壁后，热中子占有较高比例，但离第一壁较远拟采用两套中子通量监测系统，其一是金属活处，高能中子所占的份额远高于热中子。化片中子通量测量系统，其二是微裂变室探测器。此两种方式各有所长，各有不足，二者结合，则可使组合优化。3.1封装薄箔活化片分析系统此种方法己广泛用于裂变堆的中子强度测量[1]中，现已用于几乎所有的大型托卡马克的中子产额测量，利用中子辐照某些高纯材料

8、薄箔(样品)，被中子活化的样品辐射某种能量的γ射线，经高分辨能力的半导体探测器[如HP-Ge或Si(Li)]测量，由公式(1)得到辐照到样品上的中子的中子数。Fexp(λ∆t)1Y=(1)NPε〈σφ〉1−exp(−λ∆t)2图1中子通量随观察距离变化的MCNP计算结果æ——DD；ò——DT。式中，F是在Δt2时间间隔内测出的γ计数；N是样品核个数；Δt1是样品取出时到测量经历的衰变时间；P是样品发射γ光子的概率；ε是γ射线探