图2.1.13 单一方向排布的冷却剂管道截面（左）和交替排布的冷却剂管道截面（右）的温度分布图
2.2 HCLL (European Helium Cooled Lithium Lead Test Blanket
Module )
2.2.0 HCLL概述
研制单位：法国原子能委员会（France CAE） 增殖剂：液态金属（Pb-15. Li-7） 冷却剂：氦
结构材料：马氏体钢(EUROFER)
HCLL-TBS(Test Blanket Systen)适用于真实聚变环境下的测试模型。要求可以在正常或偏离正常的工况下具有转移表面热流能量的能力。HCLL-TBM主要包括第一壁、增殖区域、屏蔽层和结构框架。HCLL-TBM被安置在ITER的赤道窗口内并被凹嵌在真空室里。
图2.2.1 HCCL -TBM的三维示意图
表2.2.1 HCCL-TBS的各部件材料
TBM 结构材料 第一壁保护层 中子倍增区 氚增殖区 管道 冷却剂 马氏体钢(EUROFER) 铍层 Pb-15. Li-7 Pb-15. Li-7 不锈钢 氦 不锈钢(AISI 316L) 不锈钢(AISI 316L) 不锈钢(austenitic steel TBD) 水 不锈钢(austenitic steel TBD) PP（TBM Port Plug） 结构材料 屏蔽材料 管道 冷却剂 IP(Interspace) 结构材料 HCLL-TBM主要有以下设计目标:
? 确保整个过程氚增殖的可能性，并可以外推出整个包层的外部尺寸； ? 为了产生足够的电能，要确保产生和传输足够的热能； ? 具备实时的氚恢复能力和控制系统；
? 校验包括中子学、电磁学、热传输和流体力学的设计工具和数据库； ? 在不同负载的情况下，确保包层系统的整体性能； ? 在包层模块测试时，观察可能的辐射效应； ? 分析工具的校验。
2.2.1 HCLL工程描述
HCLL-TBM的主要特点是它的包层是由水平方向的矩形截面的通道所冷却，TBM由冷却过的栅格构成，栅格起到了加固包层的作用，以便当TBM发生冷却剂泄漏事故时可以承受冷却剂循环系统内的8MPa压强。增殖剂Pb-Li在栅格所形成的径向腔室里流动。每一个腔室里会嵌入一个增殖剂冷却单元BU（breeder cooling unit），用以确保增殖剂的温度保持在正常的范围内。每一个BU包含五个径向-环向的板CPs（Cooling Plates），冷却板是由其内部的双U形管冷却，并焊接到BU的背侧。位于BU背板后侧的两个BU收集器（BU collectors）的作用是分配和收集冷却板里的氦。
图2.2.2 HCLL-TBM的径向-极向截面示意图（上半部）
氦冷却剂循环的初始温度是300度，而后冷却剂会平行地流过FW并带走表面所沉积的热能和增殖区所产生的一小部分能量，之后氦流过冷却板，带走由增殖区所产生的大部分能量，最后流出出口时的温度是500度。
为了提高PbLi液态金属的流动速度从而达到较高的循环效率，同时又要避免液态金属流动地过快，所以在整个包层的冷却剂循环方案的设计上，采用的是一种平行直线的回路设计而不是曲折的设计。液态金属首先从外部的歧管流入。为了使液态金属到达一个稳定且适中的速度，液态金属会经过BU背部的流速分配箱。当液态金属流过BU后，通过一个总管从BU中流出。PbLi液态金属的排放口安置于TBM的底部，同时在整个液态金属循环系统里，液态金属收集箱也被安置在TBM的水平位置以下，这是一种非能动的流动设计。这意
味着在人为主动的方法（active method）无法工作时（比如从上端注入惰性气体），液态金属仅仅依靠重力就可以实现循环，这样的设计提高了系统的固有安全性。
图2.2.3 HCLL-TBM PbLi液态金属流动示意图
2.2.2 HCLL中子学分析
HCLL-TBM的中子学分析使用的是由MCNP软件，采用的是FEND2.0核数据库。三维ITER的MCNP模型和比较精确的TBM模型已经建立。 模型被安置在ITER赤道窗口的位置。在赤道窗口周围，TBM由一定厚度的钢和水包围。模型中的中子通量和质子通量也被计算得出。
图2.2.4 三维反应堆模型极向-径向方向截面示意图
2.2.3 HCLL热工水力学分析
对于FW和增殖区的热工水力分析采用的是有限元分析方法和简化的热工水力学球估算的方法（thermal hydraulic global estimations）。
图2.2.5 HCLL-TBM的有限元模型（红色区域：FW，蓝色区域；冷却板CP；黄色区域；PbLi液态金
属）
图2.2.6 HCLL-TMB的冷却板的温度模拟
图2.2.7 第一壁的温度分布（面向等离子体一侧）