一個(gè)激光聚變電廠應(yīng)包含一個(gè)帶有激光器系統(tǒng)的大型處理和功率轉(zhuǎn)換裝置，使聚變能量作為熱源，這些將部分在NIF的系統(tǒng)和技術(shù)上有所進(jìn)步。處理運(yùn)行將和用于化工，石油精煉，及核廢料處理中的運(yùn)行流程相似，而功率轉(zhuǎn)換運(yùn)行將和商用熱電廠中的流程類似。盡管氚燃料循環(huán)的某些方面能以現(xiàn)有的技術(shù)為基礎(chǔ)，激光聚變電廠的許多方面提出了重要且獨(dú)特的運(yùn)行與維護(hù)要求，這些要求必須有要新的解決方法。比如，氚的現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)；用于具有高溫，高輻射及輻射材料的區(qū)域的獨(dú)有的遠(yuǎn)程材料處理系統(tǒng)；一項(xiàng)五年期聚變能靶室替換周期以及其他系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和組件(SSC)的年度或多年主要維護(hù)周期；靶廢料再循環(huán)流所需獨(dú)有的SSC。
Parsons和LLNL的科學(xué)家及工程師為了使在國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)上演示的激光聚變技術(shù)能向商業(yè)應(yīng)用提供能源而開(kāi)發(fā)了先期概念設(shè)計(jì)方案。運(yùn)行及維護(hù)(O&M)概念及相關(guān)的設(shè)計(jì)要求也針對(duì)使用這種技術(shù)的電廠的流程控制及其長(zhǎng)期的運(yùn)行及維護(hù)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。流程控制的精度要求，運(yùn)行及維護(hù)系統(tǒng)中包含的危險(xiǎn)以及含氚和鋰或高度激活的組件均提出了特有的在O&M方面的挑戰(zhàn)。本文將描述O&M概念及要求，其如何在設(shè)計(jì)中被滿足，以及基礎(chǔ)組織和計(jì)劃問(wèn)題如何解決來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變電廠的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
1.慣性聚變電廠概念綜述
慣性聚變電廠概念的基礎(chǔ)是使用類似在NIF項(xiàng)目上演示的激光慣性聚變流程的先期概念設(shè)計(jì)工作。用激光聚變技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)能量產(chǎn)出將要求燃料靶(氘和氚靶丸)注入進(jìn)聚變引擎靶室(FETC)，使用追蹤和光束參考系統(tǒng)(TBRS)來(lái)追蹤靶的位置，并用光束傳輸系統(tǒng)(BDS)將聚焦的激光束對(duì)準(zhǔn)并點(diǎn)火。來(lái)自聚變產(chǎn)物(主要是中子能量)的能量加熱聚變腔外殼外部循環(huán)的液態(tài)鋰。閉環(huán)鋰?yán)鋮s系統(tǒng)不僅通過(guò)鋰原子的裂變來(lái)產(chǎn)生氚，還可通過(guò)吸收聚變流程中的中子能量及與聚變腔外殼進(jìn)行熱傳遞的方式來(lái)移除熱量。
圖1先期概念設(shè)計(jì)的慣性聚變電廠分布圖
聚變電廠概念的一項(xiàng)關(guān)鍵的持續(xù)性特征是氚和氘燃料的循環(huán)使用。當(dāng)靶消耗完之后，靶室氣體處理系統(tǒng)(CGHS)將氣體送至氚處理/靶填充(TPTF)建筑內(nèi)找回氚和氘以循環(huán)利用。腔的先期概念設(shè)計(jì)中使用氙氣(Xe)來(lái)作為填充氣體?，F(xiàn)場(chǎng)的氚庫(kù)存保持在低位，萃取相對(duì)大量的可用于其他電廠的氚的潛力是聚變能源可持續(xù)本質(zhì)的一大特征。
2.管理，安全和培訓(xùn)
每個(gè)聚變電場(chǎng)裝置需要配備適當(dāng)數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)工作人員以滿足日常運(yùn)行和維護(hù)的需要。一個(gè)中央組織將提供管理，操作和技術(shù)集成來(lái)支持多個(gè)基于相同技術(shù)，采用類似設(shè)計(jì)和牌照基礎(chǔ)，且具有通用組件，部分和設(shè)備的商業(yè)聚變電場(chǎng)廠。
3.建筑，場(chǎng)地和應(yīng)用系統(tǒng)
圖1所示是先期概念設(shè)計(jì)的慣性聚變電廠廠址分布圖。FOB位于廠址中心，包含與激光器系統(tǒng)和燃料輸送，點(diǎn)火和能量捕獲所要求的靶輸送系統(tǒng)在一起的聚變引擎系統(tǒng)。裝置區(qū)域名稱和縮寫信息見(jiàn)表1。建筑，場(chǎng)地和應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)要求將基于表1中列出的設(shè)備。
4.聚變引擎和靶室氣體處理系統(tǒng)
CGHS用來(lái)回收靶材料的廢氣室部分位于聚變腔的正下方。其他CGHS系統(tǒng)包括預(yù)冷器，壓縮機(jī)，壓縮機(jī)/歧管；氙氣冷凝器和回?zé)崞鳌?/div>
5.光束傳輸系統(tǒng)(BDS)
慣性聚變電廠將包含在兩個(gè)FOB量級(jí)上的384路激光器陣列。384路光束將集中到48個(gè)激光照射光束組中。激光光路是填充氬氣的管道，連接到一個(gè)含有透鏡，望遠(yuǎn)鏡，鏡框，氣體和真空管道的光學(xué)控制陣列，來(lái)聚焦和增強(qiáng)集中度以達(dá)到要求的能量水平。具有真空大氣控制的小孔室可將聚合的光束聚焦到FETC的中心并使泄漏到FOB的中子數(shù)量最小化。
6.靶注入系統(tǒng)和跟蹤光束參考系統(tǒng)
TIS位于FOB內(nèi)FEC管道和FETC的上方，而TBRS安裝在FOB結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定集成包中。TBRS激光跟蹤光束和接收器成水平陣列以記錄時(shí)間和靶的橫向位置。靶的時(shí)間和速率由跟蹤數(shù)據(jù)確定。
7.發(fā)電機(jī)組和變電所
來(lái)自液態(tài)鋰的熱量會(huì)傳遞到熔鹽次級(jí)冷卻系統(tǒng)，隨后進(jìn)入第三級(jí)水冷介質(zhì)中。水被輸送到SG以產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)TG。蒸汽，冷凝器和支撐系統(tǒng)與其他大型蒸汽循環(huán)發(fā)電廠相類似。每個(gè)SG的六根蒸汽氣管向TGB內(nèi)的高壓渦輪機(jī)提供蒸汽。蒸汽驅(qū)動(dòng)TG的多個(gè)平臺(tái)，并依次將電能傳輸?shù)轿挥赥GB附近的變電所。
8.氚處理和靶填充
TPTF的位置靠近FOB。填充靶自動(dòng)設(shè)備位于其中一端，而氚處理設(shè)備位于另一端，所有接口位于兩者之間。輻射性危害物的控制是設(shè)計(jì)和通風(fēng)及除氚系統(tǒng)維護(hù)中主要需要考慮的。出于安全性和可靠性，我們要求配有主要的和次級(jí)備份的除氚系統(tǒng)。該區(qū)域也連接到一臺(tái)備用的1MW柴油發(fā)電機(jī)，以連續(xù)運(yùn)行某些系統(tǒng)，并安全關(guān)閉其他系統(tǒng)。
9.遠(yuǎn)程處理和維護(hù)系統(tǒng)
聚變流程產(chǎn)生中子和伽馬射線，會(huì)使FEC和FETC的組件產(chǎn)生放射性。BDS，CGHS和鋰熱量傳遞系統(tǒng)的組件在正常運(yùn)行中也會(huì)產(chǎn)生放射性。運(yùn)行監(jiān)督下的維護(hù)設(shè)備將在FOB，EMB和TPTF區(qū)域執(zhí)行日常和計(jì)劃外的維護(hù)工作。
10.有害物質(zhì)處理
慣性聚變電廠將對(duì)流程中的有害物質(zhì)和電廠運(yùn)行及維護(hù)流程中的廢物流進(jìn)行限制和防護(hù)。最有害的物質(zhì)包括氚，鋰，靶廢物，制冷劑，HEPA過(guò)濾器，化學(xué)物質(zhì)，廢水，變壓器油，電池等。所有進(jìn)入電廠設(shè)備的材料將在位于PSB，CUB和ADM間的中央接收區(qū)被驗(yàn)證及登記清冊(cè)。所有流程將由連接到中央控制室的DCS自動(dòng)監(jiān)控。出于安全及優(yōu)化運(yùn)行環(huán)境的考慮，過(guò)程化學(xué)將被分析以適合系統(tǒng)及相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
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