聚變堆燃料循環(huán)與氚資源可持續(xù)性研究.pdf

1、核能被認為是可以大規(guī)模替代化石能源的重要途徑，而聚變核能在清潔性和資源儲量的豐富性方面具有無可比擬的優(yōu)越性。氚作為聚變燃料，在自然界豐度僅為10-16％，稀少且價格昂貴，目前商業(yè)用氚主要來源于CANDU型重水堆，儲量約數十千克。但1GW聚變功率每年將消耗55.6千克的氚。同時，氚的半衰期為12.3年，無法進行大量的生產與貯存。因此，聚變堆的氚自持性與啟動投料量問題是關系聚變是否能長期發(fā)展的關鍵問題。
　　 本文基于TAS1.0的

2、氚循環(huán)模型，引入燃燒時間比等參數，優(yōu)化了循環(huán)流程與模型。同時，針對多功能聚變工程實驗堆FDS-MFX的燃料循環(huán)流程進行了設計，并在此基礎上對其氚系統(tǒng)及其子系統(tǒng)進行初步的概念設計，設計了其基本的工藝流程與循環(huán)參數。基于改進的模型與算法，完成了FDS-MFX的系統(tǒng)氚循環(huán)自持性研究，并敏感性參數進行了深入的分析與討論，提出實現氚自持面臨的問題與挑戰(zhàn)，以及可能的解決途徑。
　　 同時，本論文開展了聚變氚資源評估。在國外現有研究的基礎上，

3、主要對未來聚變用氚的需求量，以及可行的獲取途徑、成本、產量、經濟性進行評估，同時給出了ITER項目實驗所需氚資源量、未來聚變堆啟動所需氚投料量。以啟動氚投料量與氚自持要求為前提，判斷聚變堆（實驗/商業(yè)運行）所需氚資源的充足性問題，以及對應的解決途徑。
　　 本論文在FDS團隊多年聚變堆設計與燃料循環(huán)研究的基礎上，一方面從堆內燃料循環(huán)角度考慮氚在聚變堆內自持所需TBR與啟動投料量;另一方面從堆外燃料循環(huán)角度考慮氚資源的充足性問題，