姚达毛、刘常乐、郭后扬、叶民友、肖炳甲、朱思铮、陈一平、李国强等 ASIPP CFETR 偏滤器几何结构设计 姚达毛、刘常乐、郭后扬、叶民友、肖炳甲、朱思铮、陈一平、李国强等 2012-8-31
ASIPP 1. CFETR偏滤器结构设计目标 CFETR 偏滤器区域中子壁负载初估 1）CFETR计划实现50-200MW的聚变功率，且要实现氚自持（中子壁载荷~0.3MW/m2），因此偏滤器工程设计必须完成以下目标任务： ● 预留合理的通道空间实现抽气功能； ● 能有效地把靶板热流均匀化及排除； ● 能屏蔽中子，避免真空室及磁体线圈的辐照损坏。 2）设计内容应包括： 偏滤器材料设计、 结构方案、冷却系统设计、 电磁及力学分析、热工水力分析等。 CFETR 偏滤器区域中子壁负载初估
ASIPP 2. 偏滤器总体几何结构概念 主要特点： 方案一 ● 根据目前的偏滤器位形所作的盒式结构； ● 根据目前的偏滤器位形所作的盒式结构； ● 考虑了该区域中子对后部真空室及线圈的损害增加了屏蔽包层，但真空室要往下位移0.5m； ● 高场侧没有空间增加屏蔽包层。 方案一
ASIPP 方案二 主要特点： ● 考虑等离子体位形不同的三角形变，内靶板设计成垂直方向有更大的灵活性; ● 下侧和外侧可增加0.5m屏蔽包层; ● 真空室需要向下拉长0.5m.
ASIPP 3. 偏滤器靶板设计考虑 ● ITER 参数： -Inlet temperature: 100 °C ● 材料选择： 参考ITER偏滤器材料，选择 - 面对等离子体材料 W（瞬态事件可忍受20 MW/m2); - 热沉材料为CuCrZr; - 结构材料为奥氏体316L(N) ● 冷却方式： 水冷; ● 结构形式：monoblock. ● ITER 参数： -Inlet temperature: 100 °C -Inlet water pressure: 4.2 MPa -Total pressure drop: < 1.4 MPa -CHF margin: > 1.4 -Total flow rate: < 1000 kg/s ● CFETR：水冷参数有待偏滤器具体结构确定后进一步研究; ① 表面涂层方式 ② 钨块形式 Monoblock可能的布置方案
ASIPP ① ② ② ① ITER 偏滤器靶板结构 ● 已经开展CFETR靶板初步设计研究； ● 开展CFETR靶板力学研究； ● 可以参考ITER 偏滤器靶板现有结构形式，根据CFETR的热流密度和临界数值对靶板结构和水路进行优化。 ② ① ITER 偏滤器靶板结构
ASIPP 4. 总结 ● 外侧及下部可增加屏蔽包层0.5m，内侧屏蔽包层的厚度在不改变装置大半径的前提下基本无法加入，内靶板做成垂直方向可加屏蔽包层约0.2m； ● 增加屏蔽包层真空室下部必须相应下移约0.5m； ● 由于真空室下移造成PF线圈位置变化是否影响现有的等离子体位形？ ● 偏滤器靶板区域中子壁负载需要重新计算，以确认是否需要屏蔽包层，如果需要应明确屏蔽包层应该多厚； ● 偏虑器具体工程结构设计正在逐步细化。