Experimentelle Untersuchungen für die Entwicklung einer Helium-Gaskühlung des IFMIF Hochfluss-Testmoduls

摘要

Zur Erprobung von Strukturmaterialien zukünftiger Fusionsreaktoren wird die „International Fusion Materials Irradiation Facility" (IFMIF) projektiert. In dem Hoch- fluss-Testmodul können Materialproben einer intensiven Neutronenbestrahlung ausgesetzt werden. Für die Materialtests sind Probentemperaturen aus dem Bereich 250-650℃ vorgesehen, die mit einer Toleranz von +/-15 K innerhalb einer Probenkassette eingehalten werden sollen. Zur Wärmeabfuhr ist eine inerte Helium-Gaskühlung vorgesehen. Da das Hochfluss-Testmodul auf eine optimale Ausnutzung der bereitgestellten Strahlung ausgelegt wird, steht nur sehr wenig Raum für die Kühlkanäle und die Instrumentierung zur Verfügung, ebenso müssen die Behälterwände sehr dünnwandig ausgelegt werden.%The "International Fusion Materials Irradiation Facility" (IFMIF) is being designed to test structural materials of future fusion reactors. The high-flux test module will be able to expose materials specimens to intense neutron radiation. Specimen temperatures of 250-650℃ are envisaged for the materials tests. As the high-flux test module will be designed for optimum exploitation of the available radiation, there will be very little space for the cooling channels and for instrumentation. Moreover, the vessel walls must be made very thin. This results in constraints on the coolant gas flow. Temperature fields are needed to calculate the thermomechanical loads and stresses in the thin walls of the vessel and to demonstrate the required specimen temperatures for the design. As the thermohydraulic conditions mentioned above are outside the range of experimental verification, an experimental program was carried out to validate the methods of computation employed. The experimental and numerical studies result in a recommendation in favor of using the k-ω and k-ε turbulence models for design basis calculations of miniature channel coolant gas flows.