液態(tài)鋰與冷卻劑及混凝土相互作用的風險研究

液態(tài)鋰是聚變裝置第一壁材料的重要選擇之一，其安全評估涉及到事故條件下液態(tài)鋰與冷卻劑、空氣和混凝土的相互作用及其定量的后果。目前其作用過程及詳細機理尚不明確，相應的物理數(shù)學模型還未建立，這極大的制約了液態(tài)鋰相關(guān)事故后果的定量分析。本項目通過實驗研究與理論分析相結(jié)合，從安全設計和風險分析的角度，研究液態(tài)鋰與冷卻劑相互作用過程、闡明氫氣產(chǎn)生及能量轉(zhuǎn)換機制、建立液態(tài)鋰與冷卻劑相互作用物理數(shù)學模型，研究液態(tài)鋰與混凝土相互作用過程、解明混凝土消融的觸發(fā)及傳播條件、建立液態(tài)鋰與混凝土作用物理數(shù)學模型，為大型的聚變裝置安全分析程序提供技術(shù)支持，對未來聚變裝置中液態(tài)鋰壁的安全設計、風險分析及包層冷卻方案的選擇具有重要意義。

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液態(tài)金屬冷卻劑是指由低熔點堿金屬（如Na、K、Li）和低熔點合金（如Pb-Bi）等構(gòu)成的一種冷卻介質(zhì)，其具有比熱容和熱導率大、熔點低沸點高的特點，常見的液態(tài)金屬冷卻劑有鈉鉀合金、鉛鉍合金和鎵銦合金等。主要應用于核反應堆冷卻、計算機芯片散熱等領(lǐng)域。

中文名稱

液態(tài)金屬冷卻劑

英文名稱

liquid metal coolant

定　　義

使用形態(tài)為液態(tài)的金屬冷卻劑?？捎玫挠幸簯B(tài)鈉(Na)、液態(tài)Na-K合金和液態(tài)鋰(Li)。

應用學科

材料科學技術(shù)（一級學科），金屬材料（二級學科），特殊用途金屬材料（三級學科），裂變堆及聚變堆材料（四級學科）

摘要 本項目主要采用振動臺試驗的方法，研究了纖維混凝土襯砌與圍巖的地震動力相互作用規(guī)律，提出纖維混凝土作隧道抗震型襯砌思路。本項目主要研究內(nèi)容包括： （1）通過纖維混凝土襯砌-圍巖相互作用的地震模擬振動臺試驗，研究纖維混凝土中纖維等對纖維混凝土襯砌的破壞特征的影響規(guī)律； 基于相似理論，采用 5 m ×5 m 三向地震模擬振動臺進行模型試驗，通過輸入不同大小的地震波，研究纖維混凝土襯砌在地震動力作用下的破壞特征，并探討破壞機理。 試驗結(jié)果表明：素混凝土襯砌抗拉強度低、脆性大，裂縫基本呈直線型，斷口干凈整齊，裂縫擠壓處有明顯掉塊痕跡； 纖維混凝土具有限制裂縫發(fā)展和結(jié)構(gòu)變形的能力；在地震動力作用下，纖維通過黏結(jié)應力能夠使混凝土吸收更多能量，降低幅值，反應滯后，減輕了地震力對結(jié)構(gòu)的破壞；纖維混凝土襯砌裂縫多呈鋸齒形，擠壓松散的小碎塊通過纖維黏結(jié)在裂縫口。 （2）采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，建立了纖維混凝土損傷量化的模型，并基于通用程序研究了纖維混凝土加載速率相關(guān)動力損傷彈塑性本構(gòu)模型。 彈塑性損傷模型按照損傷和塑性之間的不同關(guān)系，將損傷和彈性耦合在一起。通過損傷加載函數(shù)屈服函數(shù)來控制耗散，使用單一的損傷和屈服面，使問題大為簡化。 采用加載速率相關(guān)動力損傷本構(gòu)模型可以有效地將動力與靜力損傷演化通過應力、應變的動力放大系數(shù)聯(lián)系起來。 （3）結(jié)合高烈度區(qū)隧道設計，進行纖維混凝土隧道抗震型襯砌的設計。 本項目從理論及試驗上研究了纖維混凝土作為隧道抗震型襯砌的可行性，并進行工程設計，本項目的研究成果可為高烈度地震區(qū)山嶺隧道的抗減震技術(shù)提供重要參考。 2100433B

本項目主要采用模型試驗與理論分析、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究纖維混凝土襯砌與圍巖的地震動力相互作用規(guī)律，建立纖維混凝土作隧道抗震型襯砌的設計方法，主要內(nèi)容包括：.（1）通過纖維混凝土襯砌-圍巖相互作用的地震模擬振動臺試驗，研究纖維混凝土中纖維類型、纖維摻量等對纖維混凝土襯砌的破壞特征、塑性變形和耗能能力的影響規(guī)律；并優(yōu)化出不同圍巖條件下纖維混凝土的匹配參數(shù)。.（2）采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對模型試驗結(jié)果進行補充和驗證；進一步分析影響纖維混凝土襯砌抗震性能的其他因素，并研究纖維混凝土隧道襯砌的抗減震機理。.（3）結(jié)合高烈度區(qū)隧道設計，綜合考慮其他因素，形成纖維混凝土隧道抗震型襯砌的設計方法。使所設計出的纖維混凝土隧道襯砌既能維護隧道施工期間的穩(wěn)定，又能抵御地震的破壞，既能承載，又能保持隧道使用空間，滿足通風、防水、防災的要求。