陆地用60 W级^(241)AmO_(2)放射性同位素温差发电器的输出电性能计算及安全性分析

放射性同位素温差发电器(radioisotope thermoelectric generator,RTG)具有寿命长、环境适应性强等优点,可广泛应用于海、陆、空中的复杂场景。其中,为陆地设备供电是RTG的一个重要工程应用领域。^(241)AmO_(2)由于具有半衰期长,获取渠道广泛,剂量率低等优点,可作为陆地用RTG能源供给的来源之一。本研究设计一款60 W级^(241)AmO_(2)驱动放射性同位素温差发电器,并基于ANSYS有限元分析软件,计算其在陆地中不同环境温度下应用时的电性能和安全性。计算结果显示,环境温度影响^(241)AmO_(2)-RTG的最大输出功率和温度分布,当环境温度为-60~50℃时,其最大输出功率最低为66.0 W,最高可达75.7 W,源芯最高温度为789℃,热电模块热端最高温度为717℃。输出电性能和源芯温度满足设计指标及安全需求。

放射性同位素温差发电器在深空探测中的应用

放射性同位素温差发电器不受太阳光和其它环境条件的影响,可以同时为航天器提供电能和热能,是较理想的月球和深空探测电源。文章回顾了国外RTG的应用历史,评述了RTG的发展趋势。目前,RTG的研究方向是高效率、高比功率,以满足未来深空探测任务的需要。文章介绍了应用于深空探测的RTG在优化配置过程中应当考虑的一些问题。最后,评述了深空探测RTG的技术关键,包括RTG设计、温差电换能器技术、同位素热源及其安全技术、热管理技术和电源管理技术。

嫦娥四号着陆器同位素温差电池设计与验证

嫦娥四号着陆器同位素温差电池是我国首个成功在航天器上应用的同位素电源,可为着陆器两相流体回路提供热能,并为原位月夜温度采集提供电能。同位素温差电池解决了温度和力学环境条件严酷、安装操作条件复杂、装配集成涉及电离辐射等难题,采用238Pu密封同位素热源、平面式PbSnTe/PbTe温差电换能器、耐压密封外壳,开发了适应月面环境的同位素温差电池设计制造技术,圆满完成了为两相流体回路供热并为月夜温度采集器供电的任务。对同位素温差电池的设计约束、最终方案及试验验证情况进行了介绍。

放射性同位素温差电池的空间应用及前景分析

放射性同位素温差电池(RTG)不受太阳光照和环境条件的影响,是月球探测和深空探测任务较理想的电源选择。介绍了RTG的主要组成及工作原理,阐述了美国关于RTG的空间应用现状,并展望了RTG的未来发展趋势。

同位素温差电池用高效热电转换材料与器件研究进展

同位素温差电池(Radioisotope Thermoelectric Generator,RTG)自20世纪60年代以来在深空探测领域获得长期应用。综述了同位素温差电池的主要特点和关键技术,介绍了高效热电转换材料与器件最新研究进展,结合未来深空探测需求,提出同位素温差电池用热电转换材料与器件技术的发展思路。

百瓦级同位素温差电池浅析

在月夜无光、火星尘暴等极端环境,同位素温差电池是深空探测的首选电源。作为深空探测的主电源,百瓦级的同位素温差电池既能满足探测用电能和热能需求,同时在电池的高比功率、高电压、高可靠性设计等方面也具有量级优势。针对百瓦级同位素温差电池用热源、温差电换能器设计和安全性设计等方面进行了分析,对于推动百瓦级温差电池技术发展,及其在我国载人登月和深空探测中的应用给出参考。

基于^(241)AmO_2驱动放射性同位素温差发电器在月球表面输出性能模拟计算

^(238)Pu驱动放射性同位素温差发电器(radioisotope thermoelectric generator,RTG)在深空探测中具有广泛应用。但是^(238)Pu生产工艺复杂、产量小,不能完全满足深空探测任务的需求,有必要寻找^(238)Pu替代物。^(241)Am半衰期长,剂量率低,比功率合适,来源广泛,可以用作^(238)Pu替代物。其氧化物^(241)AmO_2陶瓷是最有可能的燃料形式。本文基于GPHS热源构型,设计一种单模块RTG,采用有限元软件ANSYS计算该型RTG在月球表面昼夜温度下的输出电功率以及温度分布。结果表明,该型RTG在月球表面昼夜温度下输出电功率约2W,转换效率约3.5%,对月球表面环境适应性良好。与欧洲太空局200W热源^(241)AmO_2-RTG相比转换效率略低;与韩国原子能研究所120W ^(238)PuO2-RTG相比转换效率相等。研究结果表明该^(241)AmO_2-RTG的设计方案可行。

空间放射性同位素电池发展回顾和新世纪应用前景

迄今为止,美俄两国已向空间发射了80多台空间核电源(包括同位素电池和反应堆电源)。重点回顾了20世纪放射性同位素电池的研发历史和空间发射现状;概括介绍了目前放射性同位素温差发电器(RTG)业已达到的技术水平和提高热电转换效率的最近动向;综述了美国、俄罗斯和欧洲航天局在21世纪初期(20001/2015)使用RTG的空间和太阳系探索计划,展现了RTG的广阔应用前景。

同位素核能源的空间应用前景分析

同位素热源(radioisotope heating unit)简称"RHU",是利用放射性同位素衰变过程产生的热能而制成的热源;同位素温差发电器(radioisotope thermoelectric generator)简称"RTG",是利用温差电材料的塞贝克效应将放射性同位素热源的衰变热能直接转换成电能的固态能量转换器件。RTG和RHU统称为同位素核能源。对同位素核能源的空间应用前景进行了分析。

我国研制钚-238 RHU/RTG的有利条件

分析了我国研制钚-238放射性同位素热源/放射性同位素温差发电器(RHU/RTG)的有利条件:我国有一定的物质、技术基础,RHU/RTG的研制起步不晚;核电堆乏燃料中有镎-237和镅-241可供生产钚-238;美国、前苏联/俄罗斯研制钚-238 RHU/RTG的经历可供借鉴;我国有PUREX流程的研发和运行经验,且在建造商用后处理大厂。

CR200J型动力集中动车组动力车轴承故障判断方法研究

从动力车轴承分布、监控传感器分布、轴承数据分析设备、轴承温度数据、SV幅值数据分析等方面着手研究,提出同位温差大于20℃时需要重点跟踪、同位温差大于20℃并有上升趋势时安排入库检查,对轴承状态进行精确判定。通过个性化分析对时域波形图特征、频域图和诊断抽象谱图的对应关系进行判断,根据所报轴位的冲击诊断值、波形特征及对应关系,判断轴承的故障部位,确保动力集中动车组运行安全。

嫦娥四号着陆器月夜热电联供系统设计与验证

为了实现嫦娥四号着陆器在月球表面长期生存并完成月夜阶段温度采集任务,研制了一套高效的月夜热电联供系统.该系统主要由同位素温差电池(RTG)和两相流体回路组成.RTG发电废热在其端面集中排散,两相流体回路通过平板式蒸发器与RTG安装连接,收集热量传输到舱内.通过地面试验对系统功能进行了初步验证,试验中两相流体回路启动、断开正常,运行稳定.在轨飞行结果表明,该系统工作正常,实现了93%以上同位素核热源的热量用于温差发电器产生电能,并且收集了67%的发电废热用于舱内平台设备控温.

等效同位素热源设计制备及其性能测试

通用热源(General-Purpose Heat Source,GPHS)是同位素温差电池(Radioisotope Thermoelectric Generators,RTG)中应用最成熟的热源模块,在同位素电源的研制与测试过程中,GPHS是电加热模拟热源等效性的关键参考。为满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求,基于GPHS的各项实际性能参数,设计并仿制了一种电加热模拟热源。基于仿真计算与实验测试结果,分析评价了仿GPHS模拟热源的热输出特性、等效替代性及其在不同应用场景下的运行效果。当输入功率为250 W时,仿GPHS模拟热源表面平均温度可达515 K,且温度随功率变化的趋势与仿真结果相吻合。经实验测试,在250 W热源功率下,RTG模块的能量转化效率可提升至6%左右。本文提出并构建的仿GPHS模拟热源等效性良好,且可适用于同位素温差电池,对同位素电源的性能评价提供一种有效的、统一的参考标准。

钛酸锶及稀土改性钛酸锶热源的应用及制备研究

^(90)Sr源是一种纯β衰变放射源,已经应用于同位素电池热源。为探索^(90)Sr放射性同位素温差发电器核热源芯体制备关键技术,建立高密度钛酸锶热源芯体制备技术方案,本研究通过湿法球磨和二次烧结的方法,以非放射性碳酸锶和二氧化钛粉末为原料,制备了高理论密度的钛酸锶芯体。研究结果表明,本研究制定的芯体制备技术方案可有效避免球磨过程中原料粉体粘结在球磨罐体上,粉末损耗量少,粉体粒度均匀;通过烧结-破碎-再烧结方式,可有效增加原料纯度,晶粒成型更好,芯体强度更高;且通过掺杂浓度为2%的钇实现了晶粒的细化,有效提高了其服役寿命和稳定性。本研究可为放射性钛酸锶热源芯体制备提供技术参考。

嫦娥四号探测器系统任务设计

嫦娥四号任务将实现人类首次月球背面软着陆,开展就位与巡视探测,并通过中继星将探测数据传输回地球.同月球正面着陆任务相比,月球背面具有更重要的科学意义和工程挑战.本文对嫦娥四号的科学目标和工程目标进行了介绍,对探测器系统的组成和飞行任务概貌进行了说明,重点对技术难度较大的复杂月面地形的安全着陆、中继通信、月夜温度采集和有效载荷等四个方面进行了概要设计研究.