燃料循环系统

核聚变装置的燃料循环系统是向等离子体供给 D-T 燃料，回收和精制未燃部分并再利用的系统。

燃料循环的构成

燃料循环系统分为内部循环和外部循环。内部循环是从燃料注入到未燃燃料回收再注入的高速循环路径，滞留时间为数分钟到数十分钟。外部循环是包层生成的氚的精密处理路径，滞留时间为数小时到数日。

现在的设计中燃烧率约数%，大部分燃料以未燃状态排出。1 GW 核聚变输出消耗约 55.6 kg/年氚，燃烧率 5% 的情况下需要 3 kg/日的氚循环处理。

燃料注入方式

燃料注入主要有三种方式。Gas puff 是从真空容器直接吹入燃料气体的简单方法，供给效率 30-50%。Pellet 注入是将固体燃料高速打入等离子体的方式，供给效率高达 80-95%，可供给到等离子体中心部。NBI 主要目的是加热，但也贡献于燃料补给。

真空排气系统

低温泵是主力，通过在极低温表面冷凝气体进行排气。氦气因沸点 4.2 K 极低，需要使用活性炭吸附材料的特别对策。ITER 采用 8 台低温泵交替再生的批处理方式。

氚精制・储存

从排气气体分离燃料使用钯扩散器，实现氢同位素纯度 99.99% 以上。同位素分离使用深冷蒸馏法（面向大规模处理）和 TCAP（面向小规模处理）。

氚以金属氢化物形式储存。ITER 使用 ZrCo 合金，总储存容量约 4 kg。因氚的贝塔衰变每年约 5.5% 转换为氦-3，需要定期再生处理。

氚增殖与回收

包层中锂与中子的反应生成氚。自给自足运行需要 TBR（氚增殖比）1.05 以上。回收方式有 sweep gas 法、从液体金属透过回收、从固体增殖材料热脱附。

安全管理

氚放射低能贝塔线，主要暴露路径是吸入和经皮吸收。设施通过多重封闭和负压维持防止泄漏。ITER 将真空容器内氚量限制在 700 g 以下。

未来展望

DEMO 反应堆要求数 kg/日的处理量、连续运行、TBR 1.05 以上。现在的氚供给主要依赖从 CANDU 反应堆的回收，多个反应堆同时启动需要确立自给自足运行。