近期，中科院合肥研究院核能安全所陳志斌課題組在聚變堆真空室內(nèi)氦冷包層破口事故研究方面取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表在國際聚變領(lǐng)域知名期刊《核聚變》(Nuclear Fusion)上。

　　聚變堆在長期運(yùn)行條件下，由于高能等離子體與第一壁材料表面的濺射與剝離等作用，會(huì)產(chǎn)生鎢、鈹?shù)任⒚准?jí)金屬粉塵。由于吸附氚并且經(jīng)過高能中子輻照活化，這些粉塵具有很強(qiáng)的放射性。當(dāng)聚變堆發(fā)生真空室內(nèi)氦冷包層破口事故時(shí)，高壓氦氣進(jìn)入真空室會(huì)產(chǎn)生高度欠膨脹射流，導(dǎo)致沉積在真空室底部的放射性粉塵發(fā)生再懸浮與遷移，影響聚變堆的正常運(yùn)行，可能引發(fā)放射性物質(zhì)的泄露。

　　鑒于此，本研究模擬了聚變堆真空室內(nèi)氦冷包層破口事故下氦氣瞬態(tài)流場變化與固定時(shí)刻流場下的粉塵遷移軌跡，同時(shí)對(duì)比了真空室內(nèi)氦冷包層破口事故與失真空事故流場的差異。結(jié)果表明，高壓氦氣進(jìn)入真空室會(huì)在破口附近形成馬赫盤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致真空室內(nèi)的壓力迅速上升，達(dá)到壓力抑制系統(tǒng)的泄壓極限。隨著事故的發(fā)展，馬赫盤持續(xù)向破口方向移動(dòng)，其形狀不斷縮小，結(jié)構(gòu)數(shù)量逐漸增加。與失真空事故相比，真空室內(nèi)氦冷包層破口事故流場變化更劇烈，具有更高的摩擦速度，引發(fā)放射性物質(zhì)泄漏風(fēng)險(xiǎn)的可能性更大。研究成果可為聚變堆真空室內(nèi)氦冷包層破口事故下的流場變化及其對(duì)放射性粉塵遷移行為的影響研究提供參考。

　　該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助和支持。

　　文章鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ac7df0

圖1欠膨脹射流的結(jié)構(gòu)變化

圖2 真空室底面摩擦速度變化

圖3 700ms時(shí)刻粉塵軌跡