近日，中國科學院合肥物質科學研究院核能安全技術研究所郁杰/陳志斌課題組在聚變堆液態鉛鋰包層安全研究取得新進展，相關研究成果發表于國際能源領域權威期刊International Journal of Hydrogen Energy（國際氫能雜志）。張世超為第一作者，汪振和賈江濤為共同通訊作者。 

　　氦冷液態鉛鋰(PbLi)包層被認為是聚變反應堆候選包層之一，其具有結構簡單、載熱能力強、氚增殖比高等優點。然而，由于高能中子輻照、高熱負荷、大壓力梯度等嚴苛的服役條件，在增殖區部分氦氣冷卻管道發生破裂時，會導致“包層內破口事故”(in -box Loss of coolant Accident, in -box LOCA)。事故發生時，高壓氦會迅速注入鉛鋰流道，產生復雜的兩相流和巨大的壓力沖擊效應，可能導致峰值壓力超過設計極限，威脅包層結構的完整性。因此，開展箱內失穩的瞬態分析，對提高保護層的安全性，避免放射性物質泄漏具有重要意義。 

　　該項研究建立了流固耦合的雙向耦合模型，并通過高壓氦氣注入液態鋰鉛的實驗數據對模型進行了驗證。然后將驗證的模型應用于雙功能鋰鉛包層的瞬態壓力波傳播分析和結構應力分析，以探索內破口事故下包層結構的完整性。此外，還研究了斷裂位置對壓力和結構應力的影響。研究發現，在任何情況下，液態鉛鋰包層增殖區內的瞬態壓力都經歷了階梯狀上升期、振蕩期和穩定增長期三個階段。在壓力峰值出現在壓力振蕩期，其值強烈地依賴于破裂位置。離進口、出口越近，峰值壓力越高。最大壓力達到進口壓力的兩倍以上(~16 MPa)。因此，部分局部區域的結構應力已經超過了允許極限，并提出了相應的改進建議。該研究可為氦冷鉛鋰包層的安全設計、運行和事故緩解措施提供指導。 

　　該研究成果獲得國家自然科學基金以及國家重點研發計劃項目的資助。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.228 

 　　  實驗裝置及傳感器位置 

  　　 In-box LOCA 事故下DFLL包層增殖區內壓力變化