The preliminary design of a high temperature blanket and compact power conversion system for a D-T reactor utilizing a mercury Rankine cycle and nonequilibrium MHD disk generators is described. The CFAR cycle is described in detail and a blanket geometry is proposed which is designed to give good heat transfer and low pressure drops for the two-phase boiling mercury flow in the presence of strong magnetic fields. The blanket utilizes beryllium and flibe in the low-temperature breeding zone and lithium aluminate in beryllium oxide pebbles in the high-temperature breeding zone to obtain a tritium breeding ratio of 1.07. With careful choice of materials and geometry, it has been possibly to have 46% of the neutron and gamma heat deposited in the high-temperature pebble beds at the back of the blanket. The design utilizes the many advantages of liquid-metal Rankine cycles, including low pressures, mass flow rates and pumping power, and superheating along with internal regeneration to achieve good thermal efficiencies of about 35% using the microwave superheater and about 32% without the microwave superheater. The capital costs are expected to be much lower than past design concepts because the MHD power generators and the mercury condensers and heat exchangers can all be placed inside the reactor vault; preliminary cost estimates indicate a very attractive cost of electricity for this advanced concept.
D-T反応炉用のコンパクトな動力変換システムと高温ブランケットの予備設計について、水銀ランキンサイクルと非平衡MHD発電機を利用した方式を記述する。CFARサイクルを詳細に説明し、強磁場中での二相沸騰水銀流に対して優れた熱伝達と低い圧力損失を実現するように設計されたブランケット形状を提案する。ブランケットは、低温増殖領域にベリリウムとフリーベ(FLiBe)を、高温増殖領域に酸化ベリリウムペブル中のアルミン酸リチウムを使用し、トリチウム増殖比1.07を達成する。材料と形状を慎重に選択することにより、ブランケット後部の高温ペブルベッドに中性子およびガンマ線熱の46%を付与することが可能となった。本設計は、液体金属ランキンサイクルの多くの利点を活用しており、低圧力、低質量流量、低ポンプ動力、過熱、および内部再生成を特徴とし、マイクロ波過熱器を使用した場合には約35%、マイクロ波過熱器を使用しない場合には約32%の良好な熱効率を達成する。MHD発電機、水銀復水器、および熱交換器はすべて原子炉格納容器内に配置できるため、資本コストは従来の設計概念よりも大幅に低くなると予想される。予備的なコスト見積もりは、この先進的概念の電気コストが非常に魅力的であることを示している。