Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6692

R&D Plan for Addressing the Thermomechanical Behavior of Lithium Ceramic and Beryllium Pebble Beds in Fusion Blankets

A. R. Raffray

Abstract
Several blanket designs based on lithium ceramic and Beryllium pebble beds are currently considered for fusion reactors. The engineering lay-out of these designs can only be confidently done if models are developed that predict the thermal and mechanical behavior of the pebble beds under fusion boundary conditions, in particular because it is impossible to create a large set of in-pile experimental data reflecting such conditions. Modelling of the pebble bed is complicated by the fact that there is a large number of parameters to be considered.

The present report gives an account of the parameters determining the thermomechanical pebble bed behavior. It describes the current status of modelling and experiments used to develop models. On this background, the report identifies issues in modelling that need to be addressed by future research, and suggests a strategy for the modelling steps needed to reach a position where the thermomechanical performance of pebble beds in blankets can be predicted with confidence for the complete range of operating conditions.

F&E Plan zur Modellentwicklung für das thermomechanische Verhalten von Lithiumkeramik- und Beryllium-Schüttbetten in Fusionsblankets

Zusammenfassung
Für zukünftige Kernfusionsreaktoren gibt es derzeit weltweit eine Reihe von Blanketdesign-Vorschlägen, die den Einsatz von Lithiumkeramik und Beryllium in Form von Partikel-Schüttbetten vorsehen. Die ingenieurmäßige Auslegung dieser Blankets kann nur dann mit der nötigen Zuversicht geschehen, wenn Modelle entwickelt werden, die das thermische und mechanische Verhalten der Schüttbetten unter fusionsrelevanten Randbedingungen vorhersagen, insbesondere vor dem Hintergrund, dass es unmöglich ist, solche Daten in großer Zahl experimentell zu ermitteln. Die Tatsache, dass diese Modelle etliche Parameter zur Beschreibung des Schüttbettes benötigen, erhöht die Komplexität der anstehenden Aufgabe.

Der vorliegende Bericht definiert die Parameter, die das Verhalten eines Schüttbettes bestimmen. Er beschreibt den gegenwärtigen Status der Modellierung und der dazu benötigten Experimente. Auf dieser Basis werden Aufgaben für die zukünftige Modellentwicklung identifiziert; es wird eine Strategie entwickelt dafür, wie die Position erreicht werden kann, von der man in Zukunft das thermomechanische Schüttbettverhalten mit der nötigen Genauigkeit für den kompletten Betriebsbereich des Blankets vorhersagen kann.

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