一個激光聚變電廠應包含一個帶有激光器系統(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)和技術上有所進步。處理運行將和用于化工，石油精煉，及核廢料處理中的運行流程相似，而功率轉(zhuǎn)換運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)有的技術為基礎，激光聚變電廠的許多方面提出了重要且獨特的運行與維護要求，這些要求必須有要新的解決方法。比如，氚的現(xiàn)場恢復；用于具有高溫，高輻射及輻射材料的區(qū)域的獨有的遠程材料處理系統(tǒng)；一項五年期聚變能靶室替換周期以及其他系統(tǒng)，結構和組件(SSC)的年度或多年主要維護周期；靶廢料再循環(huán)流所需獨有的SSC。
Parsons和LLNL的科學家及工程師為了使在國家點火裝置(NIF)上演示的激光聚變技術能向商業(yè)應用提供能源而開發(fā)了先期概念設計方案。運行及維護(O&M)概念及相關的設計要求也針對使用這種技術的電廠的流程控制及其長期的運行及維護進行了開發(fā)。流程控制的精度要求，運行及維護系統(tǒng)中包含的危險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，其如何在設計中被滿足，以及基礎組織和計劃問題如何解決來實現(xiàn)聚變電廠的安全可靠和經(jīng)濟運行。
1.慣性聚變電廠概念綜述
慣性聚變電廠概念的基礎是使用類似在NIF項目上演示的激光慣性聚變流程的先期概念設計工作。用激光聚變技術實現(xiàn)連續(xù)能量產(chǎn)出將要求燃料靶(氘和氚靶丸)注入進聚變引擎靶室(FETC)，使用追蹤和光束參考系統(tǒng)(TBRS)來追蹤靶的位置，并用光束傳輸系統(tǒng)(BDS)將聚焦的激光束對準并點火。來自聚變產(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)鋰冷卻系統(tǒng)不僅通過鋰原子的裂變來產(chǎn)生氚，還可通過吸收聚變流程中的中子能量及與聚變腔外殼進行熱傳遞的方式來移除熱量。
圖1先期概念設計的慣性聚變電廠分布圖
聚變電廠概念的一項關鍵的持續(xù)性特征是氚和氘燃料的循環(huán)使用。當靶消耗完之后，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。腔的先期概念設計中使用氙氣(Xe)來作為填充氣體?，F(xiàn)場的氚庫存保持在低位，萃取相對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
每個聚變電場裝置需要配備適當數(shù)量的現(xiàn)場工作人員以滿足日常運行和維護的需要。一個中央組織將提供管理，操作和技術集成來支持多個基于相同技術，采用類似設計和牌照基礎，且具有通用組件，部分和設備的商業(yè)聚變電場廠。
3.建筑，場地和應用系統(tǒng)
圖1所示是先期概念設計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表1。建筑，場地和應用系統(tǒng)的運行及維護要求將基于表1中列出的設備。
4.聚變引擎和靶室氣體處理系統(tǒng)
CGHS用來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)包括預冷器，壓縮機，壓縮機/歧管；氙氣冷凝器和回熱器。
5.光束傳輸系統(tǒng)(BDS)
慣性聚變電廠將包含在兩個FOB量級上的384路激光器陣列。384路光束將集中到48個激光照射光束組中。激光光路是填充氬氣的管道，連接到一個含有透鏡，望遠鏡，鏡框，氣體和真空管道的光學控制陣列，來聚焦和增強集中度以達到要求的能量水平。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結構中的穩(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間和靶的橫向位置。靶的時間和速率由跟蹤數(shù)據(jù)確定。
7.發(fā)電機組和變電所
來自液態(tài)鋰的熱量會傳遞到熔鹽次級冷卻系統(tǒng)，隨后進入第三級水冷介質(zhì)中。水被輸送到SG以產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動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SG的六根蒸汽氣管向TGB內(nèi)的高壓渦輪機提供蒸汽。蒸汽驅(qū)動TG的多個平臺，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。填充靶自動設備位于其中一端，而氚處理設備位于另一端，所有接口位于兩者之間。輻射性危害物的控制是設計和通風及除氚系統(tǒng)維護中主要需要考慮的。出于安全性和可靠性，我們要求配有主要的和次級備份的除氚系統(tǒng)。該區(qū)域也連接到一臺備用的1MW柴油發(fā)電機，以連續(xù)運行某些系統(tǒng)，并安全關閉其他系統(tǒng)。
9.遠程處理和維護系統(tǒng)
聚變流程產(chǎn)生中子和伽馬射線，會使FEC和FETC的組件產(chǎn)生放射性。BDS，CGHS和鋰熱量傳遞系統(tǒng)的組件在正常運行中也會產(chǎn)生放射性。運行監(jiān)督下的維護設備將在FOB，EMB和TPTF區(qū)域執(zhí)行日常和計劃外的維護工作。
10.有害物質(zhì)處理
慣性聚變電廠將對流程中的有害物質(zhì)和電廠運行及維護流程中的廢物流進行限制和防護。最有害的物質(zhì)包括氚，鋰，靶廢物，制冷劑，HEPA過濾器，化學物質(zhì)，廢水，變壓器油，電池等。所有進入電廠設備的材料將在位于PSB，CUB和ADM間的中央接收區(qū)被驗證及登記清冊。所有流程將由連接到中央控制室的DCS自動監(jiān)控。出于安全及優(yōu)化運行環(huán)境的考慮，過程化學將被分析以適合系統(tǒng)及相關的風險。
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