蒙特卡罗方法是当前形势下辐射屏蔽计算的首选分析工具。小概率深穿透问题则是屏蔽计算的关键与亟待解决的核心问题，需要使用有效的减方差技巧。针对全局问题，利用蒙特卡罗正算输运得到的粒子通量或探测响应来构建权重窗参数，将现有的粒子位置偏移拓展到位置和能量偏倚。利用国际屏蔽基准题进行测试验证，通过使用该方法，粒子被引导到模型的所有位置。平均相对误差降低到10%以下，几乎所有网格区域都有粒子统计。结果表明，基于蒙特卡罗正算输运的输运偏倚参数构建方法能够实现全局减方差。

介绍了一种用于丝阵 Z箍缩(Z-pinch)内爆实验研究的脉冲放电模块的设计。模块基于直线型变压器驱动器 (LTD)技术, 包含 34个放电支路, 通过 4个铁基非晶磁芯耦合。每支路由 2个 40 nF电容器和 1只 4间隙串联气体开关组成, 回路电感为 220 nH。设计了水电阻负载检验模块输出性能, 在匹配状态下, 负载上的输出电流峰值 916 kA, 上升时间 99.8 ns。设计了磁绝缘传输线将输出脉冲传输至 Z-pinch丝阵负载, 并利用“零维模型”对 LTD模块和负载的耦合放电进行了模拟计算。结果显示, 丝阵负载上的放电电流峰值可达 960 kA, 上升时间为 114 ns。

设计了用于Z箍缩丝阵实验的重频LTD驱动器,含6路并联模组,每组由8个0.8 MA原型模块串联组成,全真空结构。原型模块采用全新的单路触发和电感隔离技术,触发难度和重频运行可靠性得到显著优化。利用电路模拟程序对驱动器进行了仿真计算,结果表明: 在初始半径1.2 cm、线质量1 mg/cm的Z箍缩负载上,驱动器的输出电流峰值可到5.2 MA,前沿91 ns; 负载内爆最大动能78 kJ,从电容储能至负载动能的转化效率为11.7%。该驱动器预期将获得高达20%~30%的辐射能量效率,可为Z箍缩物理研究提供高效的实验平台。

通过一维条纹相机诊断系统对“聚龙一号”(JL-Ⅰ)四类单层丝阵负载进行了轴向X光辐射测量。由于瑞利-泰勒不稳定性的影响, 大部分负载表现出两端发光比中间滞后、阳极端发光比阴极端滞后、阳极端发光总强度弱于阴极端的现象。通过不同类型丝阵对比, 对于20 mm直径的丝阵, JL-Ⅰ驱动器的匹配负载线质量在0.9 mg/cm附近。轴向辐射同步性与辐射功率之间存在相关性。

为使磁约束聚变堆实现能量放大与氚自持,在其等离子体区周围设置次临界包层和产氚包层。采用天然铀合金燃料、轻水作冷却剂兼慢化剂,内嵌压力管式的次临界包层设计方案,通过对包层物理性能、结构概念设计、热工水力性能和安全分析,表明该方案可将聚变能量放大10倍以上,氚增殖比大于1.15,具有天然的临界安全性和良好余热安全性能。立足于近中期可利用的聚变技术,力争实现聚变能源的提前商用,为我国能源可持续发展提供一种有竞争力的技术选项。

固态氚增殖包层是聚变堆及聚变-裂变混合堆产氚包层的重要候选结构之一，其球床通道内载气流动特性将影响氚提取效率。利用离散元方法（DEM）生成随机填充增殖剂球床，通过径向孔隙率分布验证其合理性，计算流体力学（CFD）模拟计算其通道内气体流场特征。模拟得到：球床内吹扫氦气流速随孔隙率波动并随入口流速增大而均匀增大，通道内氦气流向及流速变化显著，Blake-Kozeny方程可良好预测该随机填充球床通道压降。

基于国际热核聚变实验反应堆磁约束聚变-裂变混合能源系统次临界包层的物理-热工设计结果，提出了聚变-裂变混合堆次临界包层燃料区结构设计方案，包括纵骨支撑结构、燃料区结构和锆包壳结构。运用Pro/e建模软件建立了次临界包层燃料区结构模型，并利用ANSYS-workbench mechanical有限元分析软件对纵骨式支撑结构开展了初步力学分析，得到了燃料部件和纵骨式多层支撑结构的最大Tresca应力值、应力分布云图和总变形量，其中最大应力为87.04 MPa，最大变形量为0.17 mm。按照第3强度理论校核，计算结果表明纵骨式次临界包层结构各部件能够满足强度要求。

详细介绍了ITER驱动的次临界包层结构设计, 沿环向360°整个次临界包层被分成36瓣, 单瓣包层以等离子工作腔为分界面被分为内、外两部分, 分别由第一壁结构、支承结构、燃料区结构、产氚区结构和锆包壳结构等组成。有别于ITER装置现有的小模块包层结构, 单瓣内、外包层被设计成一种整体式内置结构, 从而减少了裂变燃料区中大量内嵌冷却剂压力管道接头数量、缩短了换料周期并节约了成本。同时考虑到ITER装置本体结构空间对次临界包层的限制, 提出了一种既能满足包层热工-流体要求又能实现包层工程焊接安装的管道汇总结构。最后运用Pro/e建模软件建立了包层三维CAD结构图, 为后续结构力学分析输出了有限元计算模型。