CFETR離子回旋加熱天線中子學分析

伍秋染 盧 棚 鄭 俞 杜 華 徐 坤 王永勝童云華 陳 根 劉松林

1（中國科學院等離子體物理研究所 合肥 230031）

2（中國科學技術大學 合肥 230031）

3（合肥綜合性國家科學中心能源研究院 合肥 230031）

中國聚變工程試驗堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）設計成能夠演示氚自持、熱能發電的托卡馬克聚變堆。實現受控核聚變的關鍵在于能夠加熱等離子體到足夠高的溫度，并長時間穩定地約束等離子體。因此為實現聚變堆長期的穩態運行，必須使用輔助加熱和非感應電流驅動的手段，當前CFETR的輔助加熱系統主要包括電子回旋共振加熱、離子回旋共振加熱、低雜波加熱和中性束注入［1］。CFETR離子回旋加熱波的饋入功率為12 MW，頻率為60～70 MHz，將由行波天線（Travelling Wave Antenna，TWA）經一個上窗口引入。

天線對等離子體進行加熱，需要波能夠無障礙直接傳播至堆芯等離子體，因此需要占據部分包層的位置作為波傳輸通道。天線部件直接面對等離子體，其受輻照性能需要做詳細評估。另外，天線各部件間存在大量真空間隙，導致中子穿透該區域，增加真空室和窗口內殼的輻照損傷；泄露的中子還將導致其后部的線圈磁體所受輻照增強。因此在天線周圍需設計屏蔽結構，以減少真空室、線圈等部件所受的高能中子轟擊。

本文對引入離子回旋頻率范圍（Ion Cyclotron Range of Frequencies，ICRF）天線部件的 CFETR 扇段模型進行模擬計算，獲得了全堆中子通量，并通過計 算 真 空 室（Vacuum Vessel，VV）、縱 場 線 圈（Toroidal Field Coil，TFC）以及窗口的輻照損傷，評估當前模型屏蔽是否滿足材料限值要求，同時統計了天線各部件的輻照損傷以供后續的天線冷卻系統設計和壽命評估，相應的核響應參數包括DPA、氣體產生率（氦氣、氫氣）以及核熱密度。……