DB34 T 3574.1-2019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则第1部分：总体设计.pdf

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1、ICS 27.120.10 F 61 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 3574.12019 聚变装置铁磁性系统结构设计准则 第 1 部分：总体设计 Structural design criteria of ferromagnetic system for fusion device Part 1: General design 文稿版次选择 2019 - 12 - 25 发布 2020 - 01 - 25 实施 安徽省市场监督管理局 发布 DB34/T 3574.12019 I 前 言 聚变装置铁磁性系统结构设计准则分为以下 8 个部分： 第1部分：总体设计； 第2部分：包层系统；

2、 第3部分：偏滤器系统； 第4部分：管林系统； 第5部分：3Sm规则； 第6部分：疲劳寿命评判方法； 第7部分：制造与检测； 第8部分：辐射屏蔽； 本部分为第1部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本部分由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会归口。 本部分主要起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院。 本部分主要起草人：雷明准、王万景、刘松林、徐坤、卯鑫、陆坤、陈洁鹤。 DB34/T 3574.12019 1 聚变装置铁磁性系统结构设计准则 第 1 部分：总体设计 1 范围 本部分规定了聚变装

3、置铁磁性系统总体设计中的术语和定义、设计要求、RAMI要求、安全要求。 本部分适用于聚变装置铁磁性系统结构设计的所有阶段，是包层系统、偏滤器系统和管林系统等在 设计、制造检测及辐射屏蔽的总体要求。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 4960.9-2013 核科学技术术语 第9部分：磁约束核聚变 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50169 电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范 GB 50223 建筑工程抗震设防分类标准 DB3

4、4/T 2734.1-2016 托卡马克聚变堆部件兼容性设计与评估技术指南 第1部分：设计 3 术语和定义 GB/T 4960.9-2013、DB34/T 2734.1-2 016 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使 用，以下重复列出 GB/T 4960.9-2 013、DB34/T 27 34.1-2016 中的某些术语和定义。 3.1 磁约束核聚变 magnetic c onfinement fusion；MCF 利用强磁场将高温度和高密度等离子体约束足够长的时间而产生的核聚变反应，可以通过托卡马 克、仿星器、反场箍缩、Z 箍缩以及 箍缩等途径实现。 GB/T 4960.9-

5、2013，定义2.1.1 3.2 托卡马克 Tokamak 环流器 意为环形真空磁室，托卡马克一词来自俄语的单词缩写。 注： 其磁场是由环形面上的螺旋形力线构成的，由外部场线圈和等离子体自身电流产生。迄今是在等离子体的磁约 束研究中最成功的装置类型。 GB/T 4960.9-2013，定义2.1.284 3.3 DB34/T 3574.12019 2 真空室 vacuum v essel；VV 在聚变装置中为获得等离子体而提供的高真空容器。 GB/T 4960.9-2013，定义2.4.72 3.4 真空室内部件 in-vesse l component 直接安装于托卡马克真空室内的部件，如包

6、层、偏滤器、部分加料系统、内部抽气系统、诊断传感 器等。 GB/T 4960.9-2013，定义2.2.63 3.5 包层 blanket 在聚变堆堆芯周围将聚变能转变成热能和生产氚的结构。 GB/T 4960.9-2013，定义2.4.10 3.6 增殖包层 breeding blanket 通过锂俘获聚变中子来增殖氚的包层结构。 GB/T 4960.9-2013，2.4.16 3.7 偏滤器 divertor 磁约束聚变装置中，为分散热功率、排除燃料及氦灰、消除或减少杂质、隔离边界产生和分开系统 特意加入的杂质等而设置的装置。 3.8 管林 pipe forest 真空室内所有用于包层、偏

7、滤器冷却管道及氚提取管道等的集成。 3.9 遥操作 remote h andling；RH 通过机电设备控制在聚变堆中远距离操作的活动，又称远程操作。 DB34/T 2734.1-2016，定义3.8 3.10 第一壁 first wall；FW 在等离子体约束实验装置或聚变电站中，直接面向等离子体的真空室内部部件保护层。 3.11 DB34/T 3574.12019 3 制造与检测 manufacture and test 通过工艺预研（如：浇铸、爆炸焊、热等静压、高温钎焊和中温胀管热扩散焊接等），利用机械设 备加工生产并经检测（如：无损检测、高热负荷测试、力学性能测试和中子屏蔽测试等）后，

8、得到满足 聚变装置运行要求的合格产品。 3.12 辐射屏蔽 radiatio n shield 在聚变装置中，指利用屏蔽结构（包括专用屏蔽体、包层、真空室及托卡马克主机其他结构）减弱 聚变中子及其次级光子，从而确保（超导）磁体的核载荷低于相应的设计目标值、确保各内部部件、真 空室本体、真空室窗口及其插件的辐照损伤安全，确保主机运行期间、停机维护期间工作人员及公众所 受的辐照有效剂量低于相应的设计目标值。 3.13 RAMI 分析 RAMI analysis 一种托卡马克聚变堆可靠性（持续正常的运行）、可用性（随时都可以正常运行）、可维护性（可 以进行维护和更换）和可检测性（可以进行检测和控制）

9、评价的分析。 3.14 遥操作等级 remote handling class 聚变堆遥操作对象的等级划分。 DB 34/T 2734.1-2016，定义3.9 4 设计要求 4.1 材料 4.1.1 包层和偏滤器的结构设计应采用低活化铁磁性材料。 4.1.2 材料选择应与获得和维持高真空度的要求相一致。材料应有它们对应运行条件（温度、应力、 中子损伤剂量等）下的完备特征的机械和力学性能。 4.2 模块化 4.2.1 部件应具有与遥操作设备、等级相匹配的设计方案。 4.2.2 焊接、钎焊、螺栓等连接接头宜设计在部件模块内，同时应考虑标准件的更换性。 4.2.3 模块化部件应符合相关进出窗口的尺

10、寸、形状要求。 4.2.4 包层和偏滤器宜采用模块化设计。 4.2.5 宜采用统一的焊接或切割方法。 4.3 载荷 4.3.1 部件支撑或吊点在满足部件的定位和连接强度要求的前提下应尽量控制局部厚度。 4.3.2 部件安装时应优先采用垂直和长直路线传递载荷。 4.4 位形 DB34/T 3574.12019 4 4.4.1 包层第一壁形状应与等离子体位形合理匹配，满足物理设计要求。 4.4.2 增殖包层第一壁与等离子体位形最外层磁面的距离应满足设计要求。 4.4.3 偏滤器结构应具备适应不同偏滤器位形的能力，应与聚变装置不同阶段的运行模式相一致。 4.5 热负荷 包层系统和偏滤器系统应能符合设

11、计的高热负荷要求。 4.6 寿命 内部部件结构设计寿命应大于或等于聚变装置内部部件维护周期。 4.7 氚储存 真空室内部件氚滞留量应满足设计要求。 4.8 真空 4.8.1 主真空室及其内部部件的总体漏率应满足聚变装置的运行要求。 4.8.2 主真空室边缘的脆弱位置（例如法兰，波纹管等）应具备泄漏检测的条件。 4.8.3 包层及其组件在安装前后都应进行冷热真空泄漏检验。材料、设计、容差和表面抛光等应满足 真空和排气要求。 4.8.4 装置运行前应把包层、偏滤器及其它相关组件烘烤至设计要求。 4.8.5 增殖包层和偏滤器的总体漏率应符合设计要求。 4.8.6 包层和偏滤器安装到真空室内之前，每个

12、部件都应进行烘烤并满足出气率要求。 4.8.7 内部部件烘烤后，对于主真空室内除了氢种类以外的所有杂质气体，室温时允许出气率应符合 设计要求。 4.8.8 从偏滤器盒体的底部狭槽到低温泵的总体流导应符合设计要求。 4.8.9 偏滤器冷却剂管道和仪表引线的设计应与真空室内高真空度的要求一致。 4.9 化学 4.9.1 所有部件和回路都应与冷却剂的化学要求相匹配。 4.9.2 均匀腐蚀及其腐蚀质量传递应最小化。 4.9.3 材料和环境不应产生局部腐蚀损伤，如点蚀、应力腐蚀裂纹或显著的电腐蚀。 4.10 地震 4.10.1 抗震设防的所有建筑应按 GB 50223 确定其抗震设防类别及其抗震设防标准

13、。建筑的抗震设计 应符合 GB 50011 的要求，除应符合上述要求外，应符合国家现行其他有关标准的规定。 4.10.2 应通过在支撑轨道上施加符合建设地地震等级的地震谱进行内部部件的地震分析， 通过建筑和 真空室（包括包层、偏滤器、管林及其他内部部件的简化模型）的动力学响应分析进行谱的估算。 4.11 接地和绝缘 4.11.1 应符合 GB 50169 的要求。 4.11.2 每个偏滤器盒体、包层和管道应该至少与真空室有一处电连接（接地）。 4.11.3 电连接设计应能承受最大预期电流。 5 RAMI 要求 DB34/T 3574.12019 5 5.1 可靠性 5.1.1 应建立经过可靠性

14、验证的元器件数据库，供设计时选用。 5.1.2 数据库中没有的元器件，应根据潜在运行极端工况进行严格的可靠性测试，通过测试后，可更 新数据库。 5.2 可用性 偏滤器、包层和管林系统应满足冷却剂高温、高压、大流量要求，同时也应具备抗冲刷、抗腐蚀、 耐辐照、低活化等可用性要求。 5.3 可检测性 组成包层系统、偏滤器系统和管林系统的管道和阀应具备可检测性。 5.4 可维护性 各部件、管道等元器件宜采用标准化设计，具有可维护性。 6 安全要求 6.1 系统设计应考虑潜在的安全风险。 6.2 系统设计应使维护人员能够安全方便地进行系统维护。 6.3 在突然断电时，应保证系统安全。 6.4 系统设计应

15、考虑涉及安全性组件的测试和检查。 6.5 在测试及调试中应有符合相关安全要求的警示标识。 6.6 对装置运行过程中的突发事件，应有紧急应急预案，见附录 A。 6.7 被污染的包层、偏滤器和管林等部件应进行妥善处理。 DB34/T 3574.12019 6 A A 附 录 A （资料性附录） 失效模式、影响级别和应对措施 表A.1 失效模式、影响级别和应对措施 序号 失效形式 影响级别 应急措施 1 等离子体破裂造成内部部件破坏 A 启动急停，关闭各系统，进行维修 2 内部部件冷却剂管道破裂， 造成冷却剂的 大量泄漏 A 启动急停，关闭主机，断开冷却回路，对损坏部件进 行维修 3 内部部件因长期

16、运行，连接结构松动，影 响装置正常运行 B 启动急停，关闭各系统，检查各连接结构，进行维修 4 因辐射造成材料结构受损， 无法维持正常 的功能需求 B 启动急停， 关闭主机系统,对损坏的结构材料进行更换 5 内部部件抽气系统发生故障， 导致真空度 无法满足要求 C 启动急停，关闭主机，对抽气系统进行维修 6 内部部件有碎片，微粒脱落，影响托卡马 克聚变装置主机正常运行 C 关闭主机，对内部洁净度进行检测，直至满足要求 注1： 影响级别：A-非常严重，会导致各系统损伤或损失；B-严重，会破坏装置主机运行；C-普通，会损坏系统本 身，需要及时修复。 注2： 所有失效模式需要评定其概率发生等级，并根据其影响级别高低指导设计，设定不同的安全系数，保证主机 的正常运行。 _