1、ICS 27.120.10 F 61 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 3574.22019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则 第 2 部分：包层系统 Structural design criteria of ferromagnetic system for fusion device Part 2: Blanket system 文稿版次选择 2019 - 12 - 25 发布 2020 - 01 - 25 实施 安徽省市场监督管理局 发布 DB34/T 3574.22019 I 前 言 聚变装置铁磁性系统结构设计准则分为如下 8 个部分： 第1部分：总体设计； 第2部分：包层系统；
2、 第3部分：偏滤器系统； 第4部分：管林系统； 第5部分：3Sm规则； 第6部分：疲劳寿命评判方法； 第7部分：制造与检测； 第8部分：辐射屏蔽； 本部分为第2部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本部分由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会归口。 本部分起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、深圳大学、安徽省质量和标准化研究所。 本部分主要起草人：雷明准、刘松林、马学斌、陈磊、徐淑玲、尹洲、徐坤、卯鑫、程宁。 DB34/T 3574.22019 1 聚变装置铁磁性系统结构设计准则 第 2 部分：包层系统 1 范围
3、本部分规定了聚变装置铁磁性系统中包层系统的术语和定义、系统功能及基本组成、系统设计、工 程设计、RAMI要求和安全要求。 本部分适用于聚变装置铁磁性系统中包层系统设计的所有阶段。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 4960.9-2013 核科学技术术语 第9部分：磁约束核聚变 DB34/T 3574.1-2019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则 第1部分 总体设计 3 术语和定义 GB/T 4960.9-2013 界定的以及下列术语和定义
4、适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出GB/T 4960.9-2013 的某些术语和定义。 3.1 屏蔽包层 shieldin g blanket 为减少真空室和超导磁体上中子通量，防止材料活化，在真空室和增殖包层之间设置的包层。 3.2 氚增殖比 tritium breeding ratio；TBR 聚变装置增殖包层中单位时间氚产量相对氚消耗量的比值。 GB/T 4960.9-2013，定义2.4.69 3.3 包层材料 blanket materials 包层内所使用的材料，包括氚增殖材料、中子倍增材料、冷却剂和结构材料等。 GB/T 4960.9-2013，定义2.4.11 3.4 多
5、功能背板 manifold back plate 用来支撑增殖包层的结构性部件。 DB34/T 3574.22019 2 4 系统功能 4.1 实现聚变装置中氚的增殖。 4.2 能量转换，将聚变产生的能量转换为可利用的热能或者电能。 4.3 辐射屏蔽，减少放射性物质的扩散，保护磁体材料。 5 基本组成 5.1 增殖包层 5.1.1 实现聚变装置产氚。 5.1.2 移出热量用于发电。 5.2 屏蔽包层 避免超导磁体材料的中子辐射，减少真空室等其他结构材料的活化。 5.3 包层支撑 5.3.1 增殖包层支撑：支撑结构的强度、刚度和稳定性，应满足重力、电磁力和地震等要求。 5.3.2 屏蔽包层支撑：
6、直接固定在真空室上。连接件强度、刚度和稳定性应满足重力、地震等要求。 5.4 多功能背板 内部设计有冷却回路和提氚回路。应满足支撑增殖包层的重量要求，同时还应满足热负载、电磁载 荷、中子辐照产生的各种损坏以及自身结构冷却等要求。 5.5 遥操作系统 增殖包层应有与遥操作部件匹配的接口，便于遥操作系统的维护。 5.6 诊断系统 增殖包层空间布局应合理有序，留有诊断系统合适的操作空间。 6 系统设计 6.1 总体要求 6.1.1 中子学要求 6.1.1.1 实现氚的自持，增殖包层的氚增殖比应能满足氚自持的设计要求。 6.1.1.2 面对等离子体部件的包层第一壁材料厚度应满足中子物理要求。 6.1.
7、2 位形要求 增殖包层第一壁与等离子体位形最外层磁面保持的距离应满足物理设计要求。 6.1.3 热负荷要求 6.1.3.1 增殖包层第一壁的设计应能够承受表面热负载和中子壁负载。 DB34/T 3574.22019 3 6.1.3.2 包层系统冷却管道应带走产生的热量，使结构材料温度控制在合理的范围之内。 6.1.3.3 包层系统的氚增殖球床在满足温度要求的基础上，应尽量提高温度，易于氚增殖小球中氚的 释放。 6.1.4 寿命要求 6.1.4.1 包层系统内部管道在高温、高压、高辐射环境下的设计寿命应大于或等于包层的维护周期。 6.1.4.2 包层系统结构材料的设计寿命应符合聚变装置不同运行模
8、式下的寿命要求。 6.1.5 氚存储要求 6.1.5.1 包层系统应集成有探测和评估真空室内氚存储量的功能，并在存储值接近氚的上限时有清除 共沉积层内氚的方法和流程。 6.1.5.2 氚存储应满足氚泄漏率的要求，应具备在线监测泄漏的条件。 6.1.6 真空要求 6.1.6.1 氚容器边界的脆弱位置（例如法兰，波纹管等）宜采用带有中间泄漏检测的双屏障；真空的 泄漏率、增殖包层的泄漏率应满足设计要求。 6.1.6.2 氚容器的边界脆弱位置应具备在线监测真空泄漏的条件。 6.1.7 电磁要求 包层系统设计应满足在等离子体瞬态工况下来自磁场和涡流产生的电磁载荷。 6.1.8 材料要求 6.1.8.1
9、材料选择应与高质量真空的获得和维持的要求相一致。材料应有它们对应服役条件（温度、 应力、中子损伤剂量等）下的完备特征的机械和力学性能。 6.1.8.2 第一壁应采用低溅射熔点高的材料，减少杂质进入芯部等离子体。在面对等离子体位置应覆 盖有保护层材料。 6.1.8.3 屏蔽包层结构应采用低中子活化材料，内部宜采用屏蔽材料。 6.2 其他要求 6.2.1 化学 按 DB34/T 3574 .1-2019 的规定执行。 6.2.2 地震 按 DB34/T 3574 .1-2019 的规定执行。 6.2.3 接地和绝缘 按 DB34/T 3574 .1-2019 的规定执行。 7 工程设计 7.1 包
10、层结构 7.1.1 增殖包层第一壁设计宜采用内部带有 U 形冷却剂通道的结构。 DB34/T 3574.22019 4 7.1.2 增殖包层子模块设计宜有分配和回收冷却剂和提氚气体的集流腔。 7.1.3 氚增殖剂和中子倍增剂宜置于增殖包层前区，联箱结构宜置于增殖包层后区。 7.1.4 增殖包层和屏蔽包层管道壁厚及直径，应满足连接接头和焊接等要求。 7.1.5 包层结构应采用主动冷却。包层内部冷却剂流量应分配均匀，尽可能的减少冷却剂的压降。 7.1.6 包层管道应与聚变装置不同阶段的运行模式相匹配。在维护期间，便于切割和焊接。 7.2 空间分布 7.2.1 根据诊断系统、遥操作系统具体部件及其布置形式，合理设计包层空间分布方案并优选。 7.2.2 在实际布置时，应对包层系统可行性及兼容性进行多次论证。 7.2.3 包层分布应具备适应不同等离子体位形的能力，应与聚变装置不同阶段的运行模式相匹配。 8 RAMI 要求 按 DB34/T 3574 .1-2019 的规定执行。 9 安全要求 按 DB34/T 3574 .1-2019 的规定执行。 _
