液态锂铅回路冷阱过滤芯捕集效率数值分析

陈云龙，黄群英，朱志强，高 胜，吴庆生，FDS团队

（1．中国科学院核能安全技术研究所，安徽 合肥230031；

2．中国科学技术大学核科学与技术学院，安徽 合肥230027）

聚变能是目前认识到的可最终解决能源危机和环境问题的重要途径之一［1－4］。聚变堆液态金属锂铅包层因其固有的特性和优势，被国际上普遍认为是未来聚变电站最具发展前景的包层设计方案之一［5－9］。目前，国际热核聚变实验堆（ITER）成员方中，欧盟、美国和中国等均将液态金属锂铅包层作为主要研究方案而重点发展［10－12］。

聚变堆中，包层所处的环境十分苛刻，液态金属锂铅在包层和辅助系统中的流动将带来极具挑战的科学和技术问题，如：锂铅纯化技术、传热和磁流体动力学（MHD）效应等，对这些关键技术问题进行研究，为实现聚变堆商业化具有重要意义。

液态锂铅纯化技术是聚变堆锂铅包层关键技术之一，主要用以纯化液态金属，以避免杂质长期在管道中堆积堵塞回路，影响回路中锂铅成分，并提高设备的使用寿命。冷阱作为国际上液态金属回路的主要纯化装置之一，其根据液态金属中杂质溶解度随温度变化的原理，使杂质结晶成核、沉淀析出进而分离［13］。

FDS团队具有中国自主知识产权的DRAGON-Ⅳ锂铅实验回路是国际上先进的多功能强迫对流锂铅实验回路之一（图1）［14－16］，它包含多个子实验系统如纯化系统、TBM实验段与高温试验段等，能开展多种实验研究。本文拟以DRAGON-Ⅳ锂铅实验回路冷阱为研究对象，利用数值模拟手段，讨论分析单层过滤芯结构参数（包括过滤芯直径和过滤芯滤孔）及液态金属流动速度对捕集效率的影响，为冷阱过滤芯的选取提供理论依据与参考。……