火星表面核反应堆电源方案研究

火星作为地球的近邻,一直是人类进行深空探测和开发的首选目标。登陆火星、建立火星基地并开发利用火星资源首先需解决电力供给问题,核反应堆电源具有功率大、寿命长、环境适应性强等优点,是火星基地及其他深空探测任务的理想能源。通过分析目前可用于火星基地的能源情况,针对性地提出了40kWe火星表面核反应堆电源的总体方案,并从物理、安全、屏蔽、热工以及结构方面对电源方案进行了分析和论证。结果表明:该电源方案合理可行,能满足安全和寿期要求。

TOPAZ-2型空间核反应堆电源转换器除气研究

结合热离子发电元件工作环境,分析了TOPAZ-2型空间核反应堆电源热离子发电元件除气的必要性。根据电源结构特点,确定氦气腔体、热离子发电元件发射极和接收极、铯集气腔体和冷却剂内套管为主要除气部件。利用CFD程序和专用程序分别计算得到堆芯容器和热离子发电元件额定工况下的工作温度,结合部件除气要求最终确定了各部件除气工况。编制了用于热离子发电元件发射极和接收极除气计算的二维传热程序,通过对比程序计算结果与单根热离子发电元件除气试验结果验证了程序编制的正确性。利用该程序计算得到热离子发电元件发射极和接收极的除气功率。综合电源除气部件除气工况、除气环境要求和除气计算结果,确定了转换器除气方案。

ТОПАЗ-2型空间核反应堆电源地面电性能综合测试试验方案研究

针对ТОПА3-2型空间核反应堆电源地面电性能综合测试试验,在深入调研俄美所开展的地面试验研究工作的基础上,结合试验目的和任务,对试验方案进行了初步研究与探讨,给出了较为合理的试验流程和可行的试验方法,并结合理论分析给出了相关试验限值。

空间核反应堆电源技术概览

空间核反应堆电源具有环境适应性好、功率覆盖范围广、结构紧凑以及大功率条件下质量功率比小等突出优点,在军民航天任务中具有广阔的应用前景,是改变未来航天动力格局的颠覆性技术之一。对空间核反应堆电源的原理、特点、适用范围、应用前景、历史发展情况及现状、典型方案、应用安全等进行了系统介绍,对技术发展趋势进行了分析总结,并就我国该技术发展给出一些见解。

空间核反应堆电源热工水力特性研究综述

随着空间探索领域的快速发展,研究高功率、安全、可靠的空间核反应堆电源将变得愈发重要。本文针对国内外空间核反应堆电源的热工水力关键问题,即空间堆系统稳态和事故瞬态研究、堆芯单冷却剂通道及全堆芯的三维流动换热、静态与动态热电转换装置分析、热工水力特性试验研究等进行研究,分析了空间核反应堆电源热工水力研究的趋势。本文结果可为空间核反应堆电源设计分析及热工水力安全特性研究提供帮助和指导。

空间核反应堆电源需求分析研究

空间电源技术是开展空间探测的核心技术之一,空间核反应堆电源具有能量密度大、功率覆盖范围广、受太空环境影响小等特点,是未来空间电源的理想选择。本文从空间任务适用对象、系统比质量两方面对现有空间电源进行对比,阐述了空间核反应堆电源在未来空间活动的可能应用场合。基于对未来民用与军用空间任务的调研,归纳了空间核反应堆电源的功率需求。针对不同功率量级,对比分析了公开发表的不同空间核反应堆电源技术方案,给出了不同功率量级相对优化的技术路线选择。本研究可为空间核反应堆电源研究设计提供参考。

星表核反应堆电源系统热工概念设计

在调研国外研究的基础上,针对一个星表核反应堆电源系统进行了热工概念设计,就该系统开展了稳态和热管失效工况下的热工分析。系统采用液态金属锂热管冷却堆芯,自由活塞式斯特林发电机热电转换、汞热管辐射器废热排放的设计,锂热管将热量从堆芯导出,通过钼铼合金固体换热器与斯特林热端连接进行热电转换,废热通过汞热管辐射器排出。热工分析结果表明,在系统正常功率输出时,燃料芯块、包壳及其他结构材料温度均低于限值;当堆芯某一位置处热管发生失效,在不降低输出功率的情况下,其余热管仍能将堆芯热量导出,满足热工设计准则。该系统采用热管冷却堆芯,固体换热器实现斯特林与热管热交换的设计,具有非能动、可避免单点失效等优点。

空间核反应堆电源用核燃料研制进展

核燃料是空间核反应堆电源的主要材料之一,由于空间核反应堆电源的运行条件明显有别于地面反应堆,空间核反应堆电源用核燃料的类型和技术要求也明显不同于地面反应堆。国际上空间核反应堆电源用核燃料研制取得了长足的进展,多种核燃料材料在工程应用中得到了检验,并在持续开发新型核燃料。我国在亚化学计量二氧化铀芯块、铀钼合金、铀氢锆合金、碳化铀芯块、氮化铀芯块等多种具备在空间堆中应用的燃料材料上开展了一定的研究,并掌握了部分材料性能数据。本文就上述内容展开论述,同时针对与国际相应领域明显落后的实际情况,提出了我国后续核燃料研究的初步设想。

空间核反应堆电源技术需求和应用分析

相较于地面反应堆而言,空间核反应堆电源运行条件较严格,对核燃料也有较高的要求。因此,本文以空间核反应堆电源技术为研究对象,阐述了空间核反应堆电源基本概念及原理,分析了空间核反应堆电源技术应用需求。并对空间核反应堆电源技术应用发展前景进行了简单的分析,以期为空间核反应堆电源技术的有效应用提供一定的借鉴。

核反应堆电源电加热试验初步研究

电加热试验是核反应堆电源研究过程中必不可少的重要环节,开展电加热试验能够加快核反应堆电源的研发速度,提前暴露设计缺陷和安全隐患。在深入调研美俄核反应堆电源电加热试验的基础上,参考FSP方案,本文设计一套电加热试验系统,重点从系统的启动特性、堆芯模拟器热工特性、斯特林发电机发电性能等方面给出初步试验方案。

锂冷空间核反应堆电源研究现状与展望

空间核反应堆电源具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、不受日照等环境影响的优点,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线。本文在综述国际空间堆电源发展历程与研究现状的基础上,归纳总结空间堆电源的技术发展趋势,针对固有安全、轻量化、长寿期的需求,提出一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源方案,梳理锂冷空间堆电源发展需重点关注的研究内容,并介绍目前正在开展的可行性研究工作,为我国空间堆电源研究提供参考。

月球表面核反应堆电源方案

月球基地的建立首先需要解决能源供给问题,核反应堆电源具有功率大、寿命长、环境适应性强等优点,是月球基地及其他深空探测任务的理想能源。分析了目前可用于月球基地的能源情况,针对性地提出40 k We月球表面核反应堆电源的设计理念,经初步优化设计,给出该电源的方案和总体设计参数,并从物理、屏蔽、热工、结构方面对电源方案进行分析和论证。结果表明:该电源方案合理可行,能够满足安全和寿期要求。

空间核反应堆电源研究

空间核反应堆电源是自持的核裂变能在空间的应用,能从根本上解决未来航天器大功率需求的瓶颈问题,是大规模开发和利用空间资源的前提.本文在综述国外新型空间核裂变反应堆电源的技术方案、发展规划的基础上,结合未来发展趋势、任务需求和主要技术路线,提出了空间核反应堆电源按照10, 100, 1000 kWe级不同功率等级分阶段滚动发展的设想,以及需重点突破的关键技术、涉核安全性应重点关注的内容,可为未来空间核反应堆电源的研制提供参考.

空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学分析

空间核反应堆电源闭式Brayton循环一般采用氦-氙混合气体作为循环工质和反应堆冷却剂,设计者为选择合适的循环工质,需研究氦-氙混合气体配比成分变化对循环效率的影响。该文建立空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学模型,采用Fortran 95编程对其进行热力学分析,从绝热系数、回热器回热度、相对压损系数的变化分析了氦-氙混合气体摩尔质量变化对循环效率的影响。结果表明：绝热系数对循环效率的影响较小;回热器回热度越大,循环效率越高;相对压损系数越大,循环效率越低。由于氦-氙混合气体摩尔质量的增加,会降低空间Brayton循环压气机和透平级数,因此选择使回热器回热度达到最大时的配比成分He-8.6%Xe作为循环工质,在给定循环冷/热端温度为403K/1 300K的条件下,可以获得29.18%的循环效率。

星球表面用核反应堆临界安全分析

核反应堆电源具有寿命长、可全天候工作等特点,可作为星球表面及其他深空探测任务的电源。针对星球表面用核反应堆电源在发射过程中重返地面的临界安全问题,提出了星球表面用核反应堆的临界安全分析要求、分析假设与模型,并对反应堆临界安全特性及采取的临界安全措施进行了计算分析。计算结果表明,不同假设掉落环境下的星球表面用核反应堆的有效增殖因数均小于0.98,满足临界安全要求。反应堆通过采用Mo-14%Re合金结构材料、设置相对较厚的堆芯反射层以及在反射层包壳和堆芯外围涂覆Gd_2O_3涂层等措施有利于确保反应堆在事故时处于次临界状态。

空间锂冷核反应堆锂解冻方案探析

空间核反应堆电源在深空探索,太空基站,行星表面基地等拥有难以替代的作用。为了进一步提高空间核反应堆电源输出功率和能量转化率效率,需要大幅度提高反应堆出口温度,锂工质成为高温反应堆的重要选择之一。锂作为空间核反应堆的工质有相当多的优点:载热密度大,沸点高,密度低,导热性能好等等。但是使用锂作为冷却剂有一个不得不面对的问题:锂高达453.65K的熔点使其在常温下成固态。为了保证反应堆正常启动到达额定功率,必须首先对锂进行解冻。文章介绍了美国空间核反应堆电源SP-100针对锂解冻方案设计所开展的工作,而后对SP-100锂解冻方案优缺点进行了分析,并提出可能的解冻方案和研究思路。希望通过提供的解冻方案和研究思路能为解决空间锂冷核反应堆在锂解冻过程中存在的问题提供有益的借鉴。

热管冷却反应堆燃料组件稳态热分析

利用有限元方法对空间核反应堆电源系统(space power reactor systems,SPRS)中热管冷却反应堆燃料组件进行了稳态热分析。针对相邻燃料组件间的理想接触与非理想接触两种情况,评估了组件间的热接触状况、功率水平对其温度场分布的影响。结果表明:相邻燃料组件间在理想接触情况下,温度最高点位于燃料棒中心,随着表面传热系数的减小,温度最高点逐渐偏离燃料棒中心位置,且最高温度随功率水平的增大而呈线性增大。

深空探测先进电源技术综述

先进电源技术是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理我国后续深空探测任务(月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星探测等)对电源系统需求的基础上,对涉及空间应用的电源技术(化学能、太阳能、同位素及空间核反应堆电源)进行概述;针对深空探测对电源系统的需求特点,分别阐述了锂离子蓄电池、太阳能电源、钚-238放射性同位素电源和空间堆核反应电源的特点、发展简史、在深空探测中应用限制及发展建议,重点分析了钚-238同位素电源和空间核反应堆电源技术的关键技术、应用情况及应用前景,为深空探测先进电源技术的长足发展提供参考。

空间热离子能量转换技术发展综述

空间核反应堆电源是未来空间任务大功率、长寿命能源需求的有力保障,热离子能量转换技术是空间热离子反应堆电源的关键技术之一。概述了空间热离子反应堆电源的总体构造及工作原理,从热离子能量转换的原理、热离子发电元件的类型及其特点、电极材料、试验装置等方面综述了热离子转换技术的发展现状、存在的问题及发展趋势。

月球基地闭环核能磁流体发电技术初步研究

针对未来月球基地能源需求,提出了百千瓦级的月球基地核电源系统方案,并给出了整个核电源系统的设计参数。在此基础上,针对该系统中的盘式磁流体发电机进行了设计和初步性能分析。结果表明:该系统方案可满足百千瓦级月球基地能源需求。盘式磁流体发电机具有结构紧凑、发电效率高、对应磁体系统简单、不涉及旋转部件等优点,采用磁流体发电机的高温气体闭环核能发电系统可为月球表面核反应堆电源设计提供参考。