Введение к работе
В диссертации обобщены результаты исследований, проведенных с участием автора и выполненные в 1987-1994 гг., при разработке и обосновании ' бланкетов термоядерных реакторов, использующих металлические литийсодержашие материалы для воспроизводства трития.
Актуальность проблемы
Создание термоядерного реактора (ТЯР) является одной из общепризнанных мировым сообществом важнейших задач научно-технического прогресса в области энергетики. Благодаря хорошим теплофизическим и ядерно-технологическим свойствам жидкие металлы предлагаются, как и в реакторах деления, перспективными рабочими телами. Особенно привлекают перспективы достижения хороших нейтронных и тепловых характеристик в зонах получения высокопотенциального тепла, а также возможность использования систем преобразования энергии с низким даатением в жидкометаллических контурах и реализации высокоэффективных схем отвода тепла от наиболее энергонапряженных систем и компонентов реактора. В конечном итоге, эти присущие жидкометаллическим материалам свойства создают предпосылки для достижения привлекательных технико-экономических показателей ТЯР при высоком уровне надежности и безопасности.
ТЯР первого поколения будут работать на демтерип-тритиевом
топливе. Поскольку запасов трития - расходуемой в термоядерной реакции
компоненты топлива- в природе нет, то для ТЯР воспроизводство трития в
самой энергетической установке яаіяется одной из проектных задач. Для ее
решения в бланкете, окружающем'плазменную камеру реактора, используют
один из двух классов литийсодержащих материалов. К первому классу
относятся жидкие или твердые металлические ліггийсодержащие материалы
(МЛСМ), ко второму - твердые керамические лнтнйсодержащие материалы
(КЛСМ). Каждый из этих классов материалов обладает своими
специфическими преимуществами и недостатками, когда их сравнивают
друг с другом. Но общей для них характеристикой является возможность
осуществления ядерной реакции на изотопах лития с образованием трития:
3Li6 + on' = 2Не< + ,Т3+ 4.7S5 МэВ; (1)
гІЇ> + 0n' = 2Не< + fP+ on' - 2,467 МэВ. (2)
В этой связи при разработке проектов ТЯР возникает комплекс ядерно-технологлческих задач, связанных с наработкой и выделением трития из литийсодержащих материалов бланкета. При этом следует учитывать, что поскольку тритий в ТЯР является потенциальным источником опасности, то на протяжении последних лет перед всеми
проектными разработками ТЯР ставилась задача максимально возможного снижения количества трития, находящегося в реактеое и технологических системах:
Цели и задачи
Целью данной работы являлось исследование способов выделения
трития из металлических литийсодержащих материалов бланкета ТЯР, поиск
наиболее эффективного технического решения для максимально полного
удаления* из них трития. Указанная цель разделяется на две
взаимодополняемые составляющие: исследование применимости МЛСМ в
бланкете ТЯР, где осуществляется процесс наработки трития, и
исследование способов выделения из них трития. Достижение этих целей
связывалось с решением следующих задач:
1- анализом условий работы МЛСМ в бланкете ТЯР;
2- исследованием способов выделения трития из МЛСМ, их
принципиальным обоснованием, поиском новых технологических решений,
позволяющих уменьшить содержание трития;
-
расчетным обоснованием и проведением принципиальных экспериментов для проверки применяемых концептуальных решений;
-
разработкой модели, позволяющей анализировать динамику накопления трития в системе "бланкет ТЯР-система выделения трития".
Научная новизна
Автором данной работы на основе анализа существующих подходов к проблеме накопления и выделения трития в системах ТЯР выполнены расчетно-теоретические и экспериментальные исследовашш основных параметров для процессов выделения трития из металлических литийсодержащих материалов, используемых в бланкстах ТЯР; предложен новый способ выделения, позволяющий выделять тритий до существенно более низких . концентраций; разработана математическая модель, показывающая динамику накопления трития в бланкете ТЯР с МЛСМ.
Личный вклад автора
Все указанные выше расчетно-теоретические разработки выполнялись автором под руководством научного руководителя. Некоторые предложения в развитии исходных концепций были сделаны научным руководителем. При проведении экспериментов автор принимал участие на стадиях разработки технических заданий, определения технических требований и программы исследований, в некоторых - непосредственное выполнение в составе исследовательского коллектива..
Практическая полезность работы заключается в том, что выполненные расчетно-теоретические' исследования процессов выделения трития из жидкого лития способами вакуумной дегазации, с изотопным разбавлением, в условиях неравновесной молекулярной дистилляции позволяют определить наиболее приемлемые условия проведения процессов выделения трития из бланкетов ТЯР и параметры систем выделения трития с использованием этих способов; разработан способ расчета динамики накопления трития в бланкете ТЯР с МЛСМ, который позволяет оценивать содержание трития в бланкете с учетом параметров работающей системы извлечения и утечек трития из зоны воспроизводства трития.
Результаты работы использовались в РНЦ КИ, НИКИЭТ при проектировании бланкетов реакторов ОТР, ИНТОР, ИТЭР с МЛСМ, во ВНИИНМ - при обосновании параметров систем выделения трития.
Реализация результатов работы
Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований использовались в качестве поддерживающих материалов, обосновывающих принятые при проектировании бланкетов ТЯР решения, а также при выборе технологических параметров систем выделения трития.
Предложенные концепции устройств и параметры тритиевых систем использовались при подготовке технического предложения и эскизного проекта реактора ОТР, предложений по реактору ИНТОР, при обосновании параметров бланкета ИТЭР.
На защиту выносятся:
1. Расчета о-теоретическое обоснование основных технологических
параметров для способов выделения трития из МЛСМ бланкетов ТЯР.
2. Разработка и обоснование способа выделения трития из лития
обращенной струйной молекулярной дистилляцией.
3. Математическая модель для проведения расчетов динамики, накопления
трития в бланкетах ТЯР с МЛСМ.
Апробации работн
Материалы диссертации докладывались в ходе проведения разработок бланкетов с МЛСМ в реакторах ОТР, ИНТОР, ИТЭР, на IV Всесоюзной конференции по инженерным проблемам ТЯР (Ленншрад. 1988 г.), на заседашіях МРГ по проектированию реакторов ИНТОР (г.Вена, Австрия, 1985-87 гг.), ИТЭР (г.Гархннг, ФРГ, 1988-90 гг.); Международной школы по физике плазмы (г.Варенна, Италия, 1989 г.); Советско-американских совещаниях по проблемам жидкометаллнческих бланкетов (Ленинград, 1988г., Аргони, США. 19S9 г.); по экономике и безопасности термоядерной
энергетики (Москва, 1990 г.); на международном симпозиуме по ядерной технологии ТЯР (Токио, Япония, 1988 г.).
Структура я объем диссертация
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Объем работы составляет 145 текстовых страниц, 55 рисунков, 32 таблицы, списка литературы из 123 наименований.
