As a key component of the Chinese Fusion Engineering and Test Reactor (CFETR), the blanket is responsible for tritium breeding, neutron shielding and energy conversion. Blankets can be classified into solid and liquidaccording to the form of tritium breeder. Among them, the solid blanket utilizes the pebble beds as both the tritium breeder and neutron multiplier, and it has been a popular scheme due to its advantages, such as good material compatibility and non-magnetohydrodynamic effects. However, it usually adopts beryllium or an alloy (i.e. Be and Be12Ti) for multiplying neutrons, causing a very high cost of the solid blanket due to the scarcity of natural resources of beryllium, and this hinders its development. In this paper, a novel solid blanket utilizing a PbLi eutectic alloy was proposed to make up the above deficiency. Pb83Li17 is usually applied in a liquid blanket due to its lowmelting point. However, this kind of alloy can have a higher melting point by adjusting the atomic ratio of Pb/Li, and thus it can be used in the solid blanket both for the tritium breeder and neutron multiplier. Based on the blanket modular design of CFETR, the optimization of the radial layouts, the atomic ratio of Pb/Li and the packed structure of the pebble beds are studied through neutronic and thermal hydraulic analysis. The results indicate that the solid-type PbxLiy can satisfy the requirement of tritium self-sufficiency, and the global tritium breeding ratio is larger than 1.0. In addition, the cooling system design can retain the maximum temperature of PbxLiy at a lower level without melting. Overall, this kind of solid-type PbxLiy blanket is feasible from the perspective of neutronic and thermal hydraulics, and it avoids using beryllium; thus, the cost is highly reduced.
中国核融合工学試験炉（CFETR）の主要構成要素として、ブランケットはトリチウム増殖、中性子遮蔽、およびエネルギー変換を担っている。ブランケットは、トリチウム増殖材の形態に応じて固体型と液体型に分類できる。その中で、固体ブランケットはトリチウム増殖材と中性子増倍材の両方としてペブルベッドを利用し、優れた材料適合性や非電磁流体力学効果などの利点から、広く採用されてきた方式である。しかし、固体ブランケットは通常、中性子を増倍するためにベリリウムまたはその合金（すなわちBeおよびBe12Ti）を採用するため、ベリリウムの天然資源の希少性により固体ブランケットのコストが非常に高くなり、これがその開発を妨げている。本論文では、上記の欠点を補うために、PbLi共晶合金を利用した新規の固体ブランケットを提案した。Pb83Li17は、その低融点のため通常は液体ブランケットに適用される。しかし、この種の合金はPb/Liの原子比を調整することにより、より高い融点を持たせることができ、したがってトリチウム増殖材と中性子増倍材の両方として固体ブランケットに使用できる。CFETRのブランケットモジュール設計に基づき、径方向配置、Pb/Liの原子比、およびペブルベッドの充填構造の最適化を、中性子工学および熱水力解析を通じて検討した。結果は、固体型PbxLiyがトリチウム自給の要件を満たすことができ、全体のトリチウム増殖比が1.0より大きいことを示している。さらに、冷却システム設計により、PbxLiyの最高温度を溶融することなく低いレベルに維持できる。全体として、この種の固体型PbxLiyブランケットは、中性子工学および熱水力の観点から実現可能であり、ベリリウムの使用を回避するため、コストが大幅に削減される。