[发明专利]一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层

说明书

本发明的公开了一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层，它能够解决锂基增殖剂兼冷却剂对绝缘涂层的腐蚀问题。它包括液态锂基增殖剂，液态锂基增殖剂的外部设有液态中间层，液态中间层外部包覆有液态包层管壁。所述的液态中间层的中间设置有流道插件。所述的流道插件采用3D打印制造层。所述的液态中间层选择液态金属/合金/熔融盐作为中间层材料。本发明的有益效果在于：本发明利用基于仿生学的聚变堆液态包层设计，通过添加液态中间层，可以阻止液态锂基增殖剂、冷却剂对绝缘涂层的腐蚀。

技术领域

本发明属于一种聚变堆中液态包层技术领域，具体涉及一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层。在锂基氚增殖剂兼冷却剂与包层结构材料之间增加了流态的中间层，可以防止锂对绝缘涂层的腐蚀。

背景技术

可控核聚变是能源问题的终极解决方案。磁约束核聚变是最有可能在工程上实现的聚变方式，目前其采用的反应为氚氘聚变。其中氘由海水中提取，初始的氚由裂变堆提供，运行过程中聚变堆必须实现氚的自给自足。另外，聚变堆中生成的能量也需要传输出去才能转化成电能。这些功能都需要包层来承担。包层有两种基本的设计思路，一是使用固态的含锂小球作为增殖剂，再单独构建气体或液体的回路进行换热，即固态包层，这种方法换料复杂，热效率也不高；二是使用液态的锂/锂基合金作为增殖剂，兼有换热的作用，即液态金属包层，具有良好的几何适应性、高氚增殖比、在线取氚换料、高热效率等优点。但是，液态金属包层也有两个明显的缺点，一是磁流体动力学(MHD)效应，影响增殖剂的流动；二是锂基增殖剂会对包层的结构材料造成严重腐蚀。这两个问题制约了液态金属包层在聚变堆上的工程应用。现有的解决方案是在结构材料上沉积薄膜状的绝缘涂层，如氧化铝、氧化钇、氧化铒，这种方法可以大幅降低MHD效应，但涂层也会受到腐蚀，使用寿命有严重限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层，它能够解决锂基增殖剂兼冷却剂对绝缘涂层的腐蚀问题。

本发明的技术方案如下：一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层，它包括液态锂基增殖剂，液态锂基增殖剂的外部设有液态中间层，液态中间层外部包覆有液态包层管壁。

所述的液态中间层的中间设置有流道插件。

所述的液态中间层采用双层套管结构。

所述的液态中间层外层为液态包层管壁，内层为流道插件。

所述的流道插件是带有液态中间层材料注入孔的筛状管道。

所述的流道插件采用3D打印制造层。

所述的液态中间层选择液态金属/合金/熔融盐作为中间层材料。

本发明的有益效果在于：本发明利用基于仿生学的聚变堆液态包层设计，通过添加液态中间层，可以阻止液态锂基增殖剂、冷却剂对绝缘涂层的腐蚀。

附图说明

图1为本发明所提供的一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层的截面示意图。

图中，1液态锂基增殖剂，2液态中间层，3液态包层管壁，4流道插件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层的仿生模型如下：动物胃部在胃粘膜表面生成粘液-碳酸氢盐屏障，可以阻止胃酸对胃壁的腐蚀。基于这样的仿生学原理，在包层结构材料与液态锂基增殖剂、冷却剂之间，形成液态中间层，模拟粘液-碳酸氢盐屏障的作用，阻止液态锂基增殖剂、冷却剂对绝缘涂层的腐蚀。

如图1所示，一种基于仿生设计的聚变堆液态金属包层，它包括液态锂基增殖剂1，液态锂基增殖剂1的外部设置有液态中间层2，液态中间层2外部包覆有液态包层管壁3，液态中间层2的中间设置有流道插件4。流道插件4具有筛孔结构。