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展，研究成果發(fā)表在國際聚變領域知名期刊《核聚變》(Nuclear Fusion)上。

　　聚變堆在長期運行條件下，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，會產(chǎn)生鎢、鈹?shù)任⒚准壗饘俜蹓m。由于吸附氚并且經(jīng)過高能中子輻照活化，這些粉塵具有很強的放射性。當聚變堆發(fā)生真空室內(nèi)氦冷包層破口事故時，高壓氦氣進入真空室會產(chǎn)生高度欠膨脹射流，導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)流場變化與固定時刻流場下的粉塵遷移軌跡，同時對比了真空室內(nèi)氦冷包層破口事故與失真空事故流場的差異。結果表明，高壓氦氣進入真空室會在破口附近形成馬赫盤結構，導致真空室內(nèi)的壓力迅速上升，達到壓力抑制系統(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，其形狀不斷縮小，結構數(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)泄漏風險的可能性更大。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研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金項目的資助和支持。

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

圖1欠膨脹射流的結構變化

圖2 真空室底面摩擦速度變化

圖3 700ms時刻粉塵軌跡