中国ITER 固态实验包层模块第一壁结构初步分析.PDFVIP

第 29 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.29, No.3 2 0 0 9 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2009 文章编号：0254-6086(2009)03-0258-06 中国 ITER 固态实验包层模块第一壁结构初步分析 赵 周，冯开明，张国书，袁 涛 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：对中国氦冷固态增殖剂实验包层模块(CH HCSB TBM)第一壁的重力分析结果表明，由重力导致的应力 和位移形变很小，可以忽略其影响；而第一壁的热结构分析表明，第一壁铍保护板的应力偏大，从结构设计角度出 发建议采用钨铜合金代替铍作为第一壁的保护材料。 关键词：CH HCSB TBM 模块；第一壁；重力分析；热结构分析；铍保护板；钨铜合金 中图分类号：TL62+6 文献标识码：A 1 引言 CH HCSB TBM 模块作为将要在国际热核实验 反应堆(ITER)上进行氚增殖验证的实验模块，为了 确保 TBM 模块能够在复杂恶劣的聚变环境下安全 运行，在初步设计的基础上对包层模块进行必要的 模拟分析是不可或缺的。CH HCSB TBM 模块的 U 型第一壁是直接面对等离子体的关键部件，其热工 结构设计不仅要满足材料的温度热性能要求，同时 也要满足机械性能要求。本文即是对 CH HCSB TBM 模块的第一壁进行初步的结构分析。 2 第一壁重力分析 CH HCSB TBM 模块第一壁的整体结构尺寸如 图 1 所示。整个第一壁由 18 个冷却循环结构沿极 向层叠加而成，每个循环由 5 根冷却管道串联而成， 其中端部循环如图 2 所示。为了提高第一壁的抗热 冲击性能，在第一壁直接面对等离子体的一侧加有 图 1 CH HCSB TBM 模块第一壁整体结构 一层 2mm 厚的铍保护板[1] 。考虑到 TBM 模块在工 作运行期间的热膨胀效应，TBM 在 ITER 实验测试 表 1 第一壁材料热机械性能参数(400℃) 窗口边框内采用悬空连接设计，整个 TBM 与边框 RAFM 钢 铍 钨 铜 导热系数/W·m−1·K−1 29.2 116.3 140 295 [2] 上下左右有大约 20mm 的间隙 。而第一壁则悬空 密度/kg·m−3 7610 1793 19200 8680 固定在 TBM 模块后板上，因此有必要首先对第一 杨氏模量/GPa 181.5 288 393 108 壁进行一下简单的重力分析，具体分析采用通用有 泊松比 6 1 0.3 0.0615 0.28 0.34 − − 热膨胀系数/10 K 11.9 14.72 4.16 18.9 限元分析(FEA)程序 ANSYS 来完成。表 1 所列的是 最大许用应力 3Sm/MPa 522~378 240~166 1057~878 218~150 分析中将要用到的材料热机械性能参数[3, 4] 。 收稿日期：2008−11−20 ；修订日期：2009−04−17 作者简介：赵周(