[发明专利]聚变堆第一壁结构材料温度及中子场辐照环境模拟器

说明书

本发明公开了聚变堆第一壁结构材料温度及中子场辐照环境模拟器，解决了现有技术中还没有一种装置能够模拟聚变堆反应堆第一壁温度及中子场辐照环境来实现对聚变堆材料宏观样品的辐照的问题。本发明为套管型结构，该套管型结构由内至外顺次为辐照管、转换靶管和外套管；设辐照管、转换靶管和外套管上相同一侧的一端为底端，另一侧的一端则为顶端；该辐照管和外套管的底端封口，辐照管的顶端设置有进气管和出气管，转换靶管与外套管形成的间隙内设置进水管和出水管；转换靶管包括由⁶LID中子转换材料构成的芯体。本发明能够实现聚变反应堆第一壁结构材料温度及中子场辐照环境模拟。

技术领域

本发明涉及环境模拟装置领域，具体涉及聚变堆第一壁结构材料温度及中子场辐照环境模拟器。

背景技术

核聚变能是未来能源技术发展的主要方向之一，也是我国国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年～2020年）中先进能源技术领域的前沿技术。

在聚变堆中，构成包层、第一壁和真空室部件的结构材料占了绝对比重，聚变堆第一壁结构材料所受辐照主要来自于聚变反应产生的14MeV中子，辐照环境温度在600℃左右。这些部件的性能将直接影响堆的使用寿命，是决定堆是否可行的主要因素，因此聚变堆材料问题是发展聚变堆技术的一个关键课题和瓶颈问题，因为聚变堆在运行过程中，材料不仅承受高温环境，还将受到来自堆芯聚变产生的D-T聚变中子的高强度辐照，D-T聚变中子（约14MeV）不仅对其材料产生很强的辐照损伤，而且引起比裂变堆更高的嬗变率，它们会严重地影响聚变堆材料的性能，并会使材料失效，而现有材料的耐辐照性能还都难以满足要求。因此，要开发核聚变能就必须研制出满足聚变堆异常苛刻环境要求的材料，而凡是要用于反应堆内的新材料都必须经过和使用环境几乎相同的宏观样品的堆内辐照考验、才能验证材料的性能是否满足聚变堆的使用要求。

目前，国际上聚变堆材料的中子辐照损伤可以通过离子加速器中的粒子轰击效果来分析，但因其使用的是微型样品（微米量级的厚度），主要用于对样品辐照损伤进行机理性分析；另一方面，微型样品的粒子轰击效果不能代表宏观样品的粒子轰击效果，况且微型样品受加速器中的粒子轰击时的工况和聚变堆中的中子辐照环境完全不同，通过加速器的粒子轰击效果难以完全达到验证材料中子辐照性能的目的。也有研究者通过散裂中子源来辐照聚变堆材料，但散裂中子源内14MeV中子成分不高，其使用的也是微型样品而非宏观样品，而且其辐照工况和聚变堆中的环境差异很大，也难以完全达到验证聚变堆材料中子辐照性能的目的。

国际上为了很好的达到验证聚变堆材料中子辐照性能的目的，拟建设一个国际聚变堆材料辐照装置（IFMIF），然而IFMIF尚处于预研阶段，并且辐照空间有限，预计建造总投资约10亿美元，乐观估计要2022年以后才可能建成，并且IFMIF的年运行费用在一千万美元以上，等待IFMIF建成后再利用其进行聚变堆材料辐照考验，难以满足聚变堆材料研发的迫切要求。因此，在IFMIF建成运行以前还缺乏与聚变堆内一致的环境，也缺乏与聚变堆中子能谱相近的中子源。

综上所述，现在还没有一种装置能够模拟聚变堆反应堆第一壁温度及中子场辐照环境来实现对聚变堆材料宏观样品的辐照。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中还没有一种装置能够模拟聚变堆反应堆第一壁温度及中子场辐照环境来实现对聚变堆材料宏观样品的辐照的问题，目的在于提供聚变堆第一壁结构材料温度及中子场辐照环境模拟器，将其放置在高通量工程试验堆后，不但可以模拟聚变反应堆堆内的高温环境，另外也可以将裂变反应堆中的热中子转换成14MeV左右的聚变中子，从而实现与聚变中子能谱相近的中子源，模拟聚变堆第一壁的中子辐照环境，实现对聚变堆材料的辐照，从而可以对聚变堆材料在14MeV中子环境下的辐照损伤机理进行研究，验证目前研发的材料是否可以在聚变堆上进行工程使用。

本发明通过下述技术方案实现：

聚变堆第一壁结构材料温度及中子场辐照环境模拟器，该模拟器为套管型结构，该套管型结构由内至外顺次为辐照管、转换靶管和外套管；