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“国际热核试验实验反应堆”-ITER(International Thermonuclear ExperimentalReactor)是由中国、欧盟、俄罗斯、日本、美国、韩国、印度等国为了探索人类新型能源而共同合作研究的重大国际合作项目。作为世界上第一座能够达到商业堆水平的大型托卡马克，它将能实现真正意义上的D-T反应，并产生富足的中子流。因此ITER的安全性、可靠性已引起相关科学家和工程师们的高度重视。ITER真空室中子屏蔽主要是用来防护中子对结构材料的损坏及外界环境的影响。根据中国ITER专家委员会与ITER国际组签订的“ITER中子屏蔽及下窗口结构设计与分析”任务协议“ID No.ITA15-06 G15 TD56 FP”(2003年2月17日)，选择了中子屏蔽的结构设计与分析研究作为博士论文研究课题。本文从防护中子及其相关的安全性能角度出发，根据ITER真空室的结构特点和各处中子通量分布的不同，对中子屏蔽结构概念设计、总体方案设计、结构性能、装配工艺等进行全面、系统的设计研究，并利用静力学、动力学、热力学、计算流体力学理论及有限元数值方法对结构进行数值计算，考察设计结果是否符合ITER的设计要求，并给优化设计提供依据。主要研究内容如下：
⑴介绍和分析了ITER真空室的结构特点，并根据ITER中子屏蔽结构的工程与物理设计要求，完成了对中子屏蔽结构不同区域的填充率的确定和总体设计，这是整个中子屏蔽结构详细设计的基本依据。
⑵根据ITER真空室空间与平面的特征，对真空室各个典型区域进行了详细的布局设计。在此基础上，应用CAITIAV5三维建模软件对真空室40°1＃扇形结构的各个典型区域进行了3D实体结构设计，并基于虚拟装配技术对典型区域进行了局部虚拟装配。通过对典型区域的中子屏蔽结构的详细设计，不仅掌握了真空室不同区域的详细空间结构，也为将来发展实际装配路线积累了丰富的经验和数据。论文还论述了数字化产品实体库和虚拟装配仿真结构的建立过程。
⑶阐述了等离子体中心破灭事件(CD27msec事件)，这是ITER真空室可能要经历的突发事件。然后根据等离子体中心破灭条件下的载荷条件，进行了结构的静力学分析和热膨胀分析，分析了中子屏蔽结构在经受巨大电磁载荷冲击瞬间及真空室热环境下的结构强度性能。通过对结构的模态分析、模态叠加单点响应谱分析等动力学分析，详细考察了中子屏蔽的结构动力学特性。应用计算流体动力学理论对中子屏蔽结构一个典型区域进行了分析研究。通过对热-固耦合、流-固耦合的分析研究，初步了解了真空室双层壳体之间中子屏蔽结构及其内部流的热-流体力学性能。通过这样大量的、系统的分析研究，详细评价了中子屏蔽结构设计的合理性，并获得了丰富的分析数据。
⑷论述了课题研究中将多项现代设计与分析技术进行集成，并在不同程度上获得的技术创新。论文开展了基于虚拟模型的反求设计新方法的尝试；提出和建立了基于模块化设计理念的中子屏蔽组件数字化集成设计系统;利用虚拟设计与制造的概念，将虚拟设计方法应用于聚变装置设计，并发展了有关虚拟装配技术。
⑸本研究为ITER中子屏蔽的下一步工程实现提供了丰富的技术数据和参考，也为将来其它托卡马克装置、试验堆、反应堆乃至裂变堆的中子防护结构设计与分析研究工作提供了一定的技术经验。