[发明专利]利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块

说明书

技术领域

本发明涉及聚变堆液态氚增殖剂包层模块的技术领域，具体是一种利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块。

背景技术

聚变堆包层是实现高环境适应性和低发电成本的聚变能源应用的关键能量转换部件。在聚变装置中，其主要功能包括包容高温聚变等离子体、增殖氚、能量转换和辐射屏蔽。包层相关技术是聚变能走向商业应用所必须解决的核心技术。目前，从所采用的氚增殖剂的物质形态上可将聚变堆包层划分为两类：固态氚增殖剂包层和液态氚增殖剂包层。液态氚增殖剂包层由于具有很好的几何适应性、氚增殖能力、导热和载热能力，可在线提取氚，可在线补充消耗掉的锂等优点而具有非常大的吸引力，得到了聚变堆包层领域的普遍关注和深入研究。

聚变堆包层的设计须要考虑包层的更换。聚变堆包层是通过包层背部的机械连接装置固定在真空室内壁上的，包层管道的连接也位于包层的背部，若想在真空室内对包层进行更换，需要断开或连接包层背部的机械连接装置和管道。由于真空室内发生氘-氚聚变反应，具有很强的中子辐照，人不能直接进入真空室，所以对真空室内部部件的更换只能靠远程操作系统完成，但是为了满足屏蔽要求，真空室内壁由真空室内部部件（如包层、偏滤器等）完全覆盖，导致远程操作工具无法直接接近机械连接装置和管道接口，包层的更换成为聚变堆包层研发的一项关键技术。

目前，对于聚变堆包层的更换主要是通过调节真空室窗口的位置、数量和大小，同时取出一列包层模块到热室进行更换，然后再将装配好的一列包层模块送进真空室安装，例如，在聚变堆装置周围的多个扇形区内开大的水平窗口或竖直上窗口，同时拆卸或安装一个扇形区的真空室及其内部部件；或者同时开较小的上窗口和较大的中窗口，包层模块从上窗口和中窗口进出；或者仅开较大的中窗口，包层模块从中窗口进出。其缺点是：（1）真空室外空间有限，开足够大的竖直上窗口的可行性很小；（2）水平窗口太大，中子泄露问题严重，很难满足屏蔽要求；（3）一次操作一列包层模块，体积大，质量重，对外部操作和空间要求高；（4）若只需对于个别包层模块进行更换，按以上方案，耗时太长，而且会影响其他部件的使用寿命。显然，寻求和发展能在真空室内完成单个包层模块的更换的技术对聚变能研究与应用具有重大意义。

为了能在真空室内完成单个包层模块的更换，在2005年，有人基于管道内远程切割与焊接这一较为成熟的技术基础，提出了采用远程操作工具从同心中空管的内管进入双冷液态锂铅包层模块内部以实现包层模块更换的方法，其不足之处是：（1）同心中空管内部结构复杂，加工难度大，可靠性差；（2）同心中空管直接穿透第一壁和氚增殖区内部组件，导致包层模块的装配非常困难，可行性低；（3）被穿透的第一壁和包层内部组件结构内的氦气流道的布置难度大，而且容易导致局部温度过高，影响包层模块的安全可靠性。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种安全可靠、结构简单、易加工制造的可利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块。

本发明的技术方案是：

一种利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块，它包括第一壁，第一壁内布满平行的第一壁氦气流道，第一壁氦气流道出口与第二级氦气联箱连通，第一壁的正面设有预留孔，单层导向管穿过无隔板阻挡的“U”形氚增殖区垂直于第一壁的正面安装在预留孔上，单层导向管的一端端面与第一壁氦气流道的后壁平齐，单层导向管的另一端固定在内部背板上，单层导向管远离预留孔的一端管口设有密封板，单层导向管包括带支管的单层导向管和带通气孔的单层导向管，支管和通气孔与第二级氦气联箱连通。

所述的预留孔穿透第一壁，预留孔与第一壁氦气流道连通，预留孔的靠第一壁外侧设有密封板。

所述的“U”形氚增殖区的凹面是由三块径向隔板隔成，径向隔板的内部设有氦气流道，“U”形氚增殖区的外围形状与包层模块的外形一致，液态氚增殖剂在“U”形氚增殖区内的流动路径呈“U”形。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.采用带支管和带通气孔两种单层导向管，结构简单、可靠性好、易加工制造；

2.单层导向管的氦气冷却方案更合理，直接从第一壁氦气流道内分流一部分氦气进入单层导向管，流进第二级氦气联箱，这样不影响第一壁氦气流道平行、均匀的分布在第一壁内，既提高了第一壁的安全可靠性，又大大降低了第一壁的加工制造难度；