[发明专利]一种套管式的聚变堆氦冷包层结构

说明书

本发明公开了一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，包括有由上盖板、下盖板、第一壁构成的包层结构，包层结构中包括有套管式增殖单元、氦冷却剂回路和氚提取回路，所述氦冷却剂回路包括有设置在包层结构上的氦冷回路进气口、氦冷回路出气口和设置在包层结构内的集流腔体A、集流腔体B、集流腔体C，所述氚提取回路包括有设置在包层结构上的提氚回路进气口、提氚回路出气口和设置在包层结构内的提氚气体集流腔体A、提氚气体集流腔体B。本发明采用套管式结构不仅满足了氚增殖单元冷却和提氚的要求，而且在满足结构材料温度许用值的基础上提高了氚增殖材料的温度，有效提高了氚的提取效率。

技术领域

本发明涉及核聚变氚增殖包层领域，具体是一种套管式核聚变装置的氚增殖氦冷包层结构。

背景技术

受控磁约束核聚变是目前自然科学研究中具有重大意义的前沿研究领域，其基本目标是实现氘氚核聚变反应，为人类提供新能源。氚增殖包层是核聚变的关键部件，其主要功能是高温能量提取和维持氚自持的氚增殖能力。因此，包层是实现核聚变发电的关键技术之一。

包层根据氚增殖剂的形态主要分为液态氚增殖剂包层和固态氚增殖剂包层。液态氚增殖剂包层一般又分为液态金属氚增殖包层和液态熔盐氚增殖剂包层。液态包层虽然具有着良好的几何适应性,简化结构设计，但是也同样会带来一些问题。如液态金属在高温下对结构材料有较强的腐蚀作用，液态金属在聚变堆的强磁场环境下流动会导致磁流体动力学效应，增加液体流动的压力降和功率损耗。

固态氚增殖剂包层由于各个区域均需要布置冷却回路，因此结构比液态氚增殖剂包层复杂。但是它具有冷却剂对结构材料无腐蚀性、无磁流体动力学效应等优点，因此其设计理念被国内外聚变装置广泛使用。固态氚增殖剂包层根据冷却剂不同主要分为水冷固态氚增殖剂包层和氦冷固态氚增殖剂包层两种。在进行固态包层设计时，一般采用正硅酸锂、钛酸锂等锂的化合物作为氚增殖材料。氚增殖率由于受到核聚变反应中子数量的限制,氚增殖率相对较低。因此在固态包层结构中一般还需要加入中子倍增材料以提高包层的氚增殖率，中子倍增剂一般采用Be或Be₁₂Ti等材料。由于包层结构在装置运行时受到中子辐照作用，包层结构材料均采用低活化钢，避免废料难以处理。氚提取需要专门的回路，提氚气体一般为氦气和氢气的混合气体，其原理是通过氢气与氚的同位素交换方式把氚带出包层结构。

固态氚增殖剂包层的氚增殖剂需要较高的温度来提高氚的释放率，因此在进行固态增殖剂包层设计时，氚增殖剂材料和中子倍增剂材料一般采用球床的形式，以便减小热应力和方便氚的提取等。为了提高包层的氚增殖率，冷却回路、提氚回路和结构材料所占的空间应越小越好，如何将冷却回路以及提氚回路集成到有限的空间中但是又不影响两个回路各自功能的实现，同时还需满足结构材料的设计许用值，是固态氚增殖剂包层设计的重要内容。

发明内容

本发明目的就是提供一种用于氦冷固态氚增殖剂包层结构，解决现有技术存在的问题。

本发明采用的技术方案为：

一种套管式的聚变堆氦冷包层结构，其特征在于：包括有由上盖板、下盖板、第一壁构成的包层结构，包层结构中包括有套管式增殖单元、氦冷却剂回路和氚提取回路，所述氦冷却剂回路包括有设置在包层结构上的氦冷回路进气口、氦冷回路出气口和设置在包层结构内的集流腔体A、集流腔体B、集流腔体C，所述氚提取回路包括有设置在包层结构上的提氚回路进气口、提氚回路出气口和设置在包层结构内的提氚气体集流腔体A、提氚气体集流腔体B；所述氦冷却剂回路中氦气由氦冷回路进气口进入，经集液腔体A分流后进入第一壁和上、下盖板，然后进入集流腔体B，通过集流腔体B进入套管式增殖单元，最后汇集到集流腔体C经过氦冷回路出气口流出包层结构；所述氚提取回路中提氚气体由提氚回路进气口进入提氚气体集流腔体A，经过提氚气体集流腔体A给套管式增殖单元的各个氚增殖套管结构分流，带走氚增殖区产生的氚，然后进入提氚气体集流腔体B，最后通过提氚回路出气口流出包层结构。