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空间热管反应堆电源研究进展及展望
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作者 刘逍 王宁 +5 位作者 张开远 齐敏 李仲春 张卓华 谢细明 柴晓明 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期66-75,共10页
深空探测技术的发展对动力系统提出了更高的要求。传统的太阳能电源与化学电源的适用范围较小,环境适应能力不强,而微型核反应堆电源能量密度高,不依赖太阳光照,可应用于轨道运输、高轨探测多场景任务。在微型核反应堆电源技术路线中,... 深空探测技术的发展对动力系统提出了更高的要求。传统的太阳能电源与化学电源的适用范围较小,环境适应能力不强,而微型核反应堆电源能量密度高,不依赖太阳光照,可应用于轨道运输、高轨探测多场景任务。在微型核反应堆电源技术路线中,热管冷却核反应堆电源因其系统设备极大简化、模块化设计,高可靠的全固态堆芯、非能动传热及瞬态响应迅速等特性,成为空间核反应堆电源最具可行性的路线之一。通过文献调研总结目前空间热管堆发展现状,从发展历史出发,梳理热管冷却核反应堆电源设计和理论研究,总结热管冷却核反应堆电源发展方向和关键技术。 展开更多
关键词 空间动力 核电源 热管反应堆 高温热管
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Kilopower与KRUSTY的发展脉络及研发现状 被引量:6
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作者 缪力威 《科技创新导报》 2020年第17期65-69,共5页
空间核反应堆电源具有功率比高,运行时间长,功率输出高,环境适应性好等一系列优点,在军民航天技术应用中均具有广阔的运用前景,是影响未来太空竞赛格局的重要一环。通过对美国从20世纪80年代至今的空间核反应堆电源,尤其是“Kilopower... 空间核反应堆电源具有功率比高,运行时间长,功率输出高,环境适应性好等一系列优点,在军民航天技术应用中均具有广阔的运用前景,是影响未来太空竞赛格局的重要一环。通过对美国从20世纪80年代至今的空间核反应堆电源,尤其是“Kilopower”相关项目的文献调研,梳理了美国空间裂变堆电源系统的发展脉络,总结了美国最新的研究进展;同时对50年来唯一建成的空间核反应堆电源地面原型堆KRUSTY(“采用斯特林技术的千瓦级反应堆演示验证”)的公开文献进行了调研分析,并对其试验成果进行了总结。 展开更多
关键词 Kilopower KRUSTY 空间核电源 裂变反应堆
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“接触-导热”式热管辐射散热器设计与分析 被引量:2
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作者 姚良 王苏明 +4 位作者 张红娜 李小斌 李凤臣 王录 赵亮 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2023年第3期81-92,共12页
针对空间核反应堆电源中的热排散系统,新设计出“接触-导热”式热管辐射散热器结构,根据此散热器结构提出了“划分节点-分层耦合”的传热计算模型,计算了其辐射散热特性,并以JIMO(木星冰卫星轨道器)空间探测任务为背景,对散热系统整体... 针对空间核反应堆电源中的热排散系统,新设计出“接触-导热”式热管辐射散热器结构,根据此散热器结构提出了“划分节点-分层耦合”的传热计算模型,计算了其辐射散热特性,并以JIMO(木星冰卫星轨道器)空间探测任务为背景,对散热系统整体进行了性能分析与对比。结论如下:为提升单块辐射板以及系统整体的散热性能,除可通过增加NaK 78入口温度途径外,还可采用增大NaK 78循环流量的方法;对于单块辐射板而言,散热面积固定情况下当NaK 78流量由1 kg/s增加至10 kg/s,辐射板散热量可增大14.14%,而对于系统整体而言,散热量固定工况下当NaK 78流量由1 kg/s增加至10 kg/s,所需辐射板总面积可减小67.73%;为提高系统循环流量,可采用“串-并联”相结合的辐射板连接方式实现;JIMO散热系统采用新型辐射板结构,散热总面积最大可减小59.06%,散热板总质量最大可减小4.24%,新型散热板结构具有一定的高效与轻质性。研究结果对空间堆电源系统热管式辐射散热器设计具有指导意义。 展开更多
关键词 空间堆核电源 热管式辐射散热器 优化设计 耦合传热计算 性能分析 对比研究
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Dynamic simulation of a space gas-cooled reactor power system with a closed Brayton cycle 被引量:2
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作者 Chenglong WANG Ran ZHANG +4 位作者 Kailun GUO Dalin ZHANG Wenxi TIAN Suizheng QIU Guanghui SU 《Frontiers in Energy》 SCIE CSCD 2021年第4期916-929,共14页
Space nuclear reactor power(SNRP)using a gas-cooled reactor(GCR)and a closed Brayton cycle(CBC)is the ideal choice for future high-power space missions.To investigate the safety characteristics and develop the control... Space nuclear reactor power(SNRP)using a gas-cooled reactor(GCR)and a closed Brayton cycle(CBC)is the ideal choice for future high-power space missions.To investigate the safety characteristics and develop the control strategies for gas-cooled SNRP,transient models for GCR,energy conversion unit,pipes,heat exchangers,pump and heat pipe radiator are established and a system analysis code is developed in this paper.Then,analyses of several operation conditions are performed using this code.In full-power steady-state operation,the core hot spot of 1293 K occurs near the upper part of the core.If 0.4$reactivity is introduced into the core,the maximum temperature that the fuel can reach is 2059 K,which is 914 K lower than the fuel melting point.The system finally has the ability to achieve a new steady-state with a higher reactor power.When the GCR is shut down in an emergency,the residual heat of the reactor can be removed through the conduction of the core and radiation heat transfer.The results indicate that the designed GCR is inherently safe owing to its negative reactivity feedback and passive decay heat removal.This paper may provide valuable references for safety design and analysis of the gas-cooled SNRP coupled with CBC. 展开更多
关键词 gas-cooled space nuclear reactor power closed Brayton cycle system startup and shutdown positive reactivity insertion accident
原文传递
热离子空间堆控制系统研究
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作者 马骞 孙培伟 +1 位作者 吴世发 贾玉文 《自动化仪表》 CAS 2023年第6期139-146,151,共9页
空间堆与传统地面反应堆的运行特性和控制方式不同,研究空间堆的控制系统十分必要。基于Matlab&Simulink工具箱,建立了热离子空间堆仿真模型。建立的模型包括点堆中子动力学模型、热工水力模型和热电转换模型。基于热离子空间堆仿... 空间堆与传统地面反应堆的运行特性和控制方式不同,研究空间堆的控制系统十分必要。基于Matlab&Simulink工具箱,建立了热离子空间堆仿真模型。建立的模型包括点堆中子动力学模型、热工水力模型和热电转换模型。基于热离子空间堆仿真模型,建立了核功率、电功率以及冷却剂出口温度控制系统,并进行了控制参数整定和仿真分析。对电功率和冷却剂出口温度控制系统进行了优化,设计了串级控制系统。仿真结果表明:选用核功率作为被控量的控制系统控制效果较好;选用电功率和冷却剂出口温度作为被控量的控制系统控制效果较差;核功率的超调量较大。使用串级控制器优化后,控制性能得到了显著的提升。 展开更多
关键词 核能 核反应堆 热离子空间堆 仿真模型 控制性能 比例积分微分控制器 串级控制 参数整定
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气馈式碱金属热电转换装置性能分析方法 被引量:4
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作者 朱磊 李华琪 +3 位作者 杨宁 马腾跃 胡攀 田晓艳 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1834-1839,共6页
为促进气馈式碱金属热电转换装置(AMTEC)的设计与性能评价,基于气馈式AMTEC压力模型、电模型、热模型,开发了气馈式AMTEC热电转换性能分析程序,以SAIRS-C空间电源中AMTEC模块作为计算对象,计算其输出电功率、热电转换效率、负荷跟踪特... 为促进气馈式碱金属热电转换装置(AMTEC)的设计与性能评价,基于气馈式AMTEC压力模型、电模型、热模型,开发了气馈式AMTEC热电转换性能分析程序,以SAIRS-C空间电源中AMTEC模块作为计算对象,计算其输出电功率、热电转换效率、负荷跟踪特性等性能参数。结果表明,该方法所得输出电功率、热电转换效率参数与文献曲线变化趋势基本一致,但负荷跟踪特性等计算值与文献值存在一定偏差。该方法适用于气馈式AMTEC元件性能分析与评价,应用于元件设计时,程序需进一步改进。 展开更多
关键词 AMTEC 空间核电源 热电转换
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TOPAZ-2型空间核反应堆电源转换器除气研究 被引量:2
7
作者 赵爱虎 薛松龄 +2 位作者 吕征 苏志宝 赵守智 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期2194-2200,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 TOPAZ-2 空间核反应堆电源 转换器 热离子发电元件 除气
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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 被引量:3
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作者 赵爱虎 吕征 +1 位作者 苏志宝 赵守智 《化工自动化及仪表》 CAS 2018年第10期806-809,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源 地面电性能综合测试 试验方案 ТОПАЗ-2型 热离子
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星球表面探测用核反应堆电源初步研究 被引量:7
9
作者 彭磊 谢奇林 +2 位作者 范晓强 梁文峰 任保国 《载人航天》 CSCD 2015年第3期237-242,共6页
空间核反应堆电源能在缺乏太阳光照的环境中满足大功率、长时间供电的需求,美国和俄罗斯均将其确定为空间技术中优先发展的重点。对此背景,以安全可靠、技术可行和整体最优为原则,结合美国、苏/俄研发经验,对用于星球表面探测的空间核... 空间核反应堆电源能在缺乏太阳光照的环境中满足大功率、长时间供电的需求,美国和俄罗斯均将其确定为空间技术中优先发展的重点。对此背景,以安全可靠、技术可行和整体最优为原则,结合美国、苏/俄研发经验,对用于星球表面探测的空间核反应堆电源进行了初步研究。通过对反应堆、控制与保护、屏蔽,以及热电能量转换和传热散热的分析,提出了采用UO2燃料的快堆、液体碱金属或热管冷却、斯特林或温差电能量转换的初步选型,并提出了核反应堆电源发射和在星球表面布置的初步实现过程,可为星球表面核反应堆电源设计提供基础。 展开更多
关键词 空间电源 核反应堆 深空探测 星球表面
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兆瓦级空间热管反应堆动力系统概念设计 被引量:14
10
作者 张文文 刘逍 +2 位作者 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2160-2164,共5页
针对目前航天技术发展对动力提出的要求,参考国外提出的空间核动力系统设计,提出了新型兆瓦级空间热管反应堆核动力系统概念设计。堆芯为金属锂热管冷却、石墨慢化热中子反应堆,采用转鼓控制反应性,堆芯热量通过热管导出。与国外热管反... 针对目前航天技术发展对动力提出的要求,参考国外提出的空间核动力系统设计,提出了新型兆瓦级空间热管反应堆核动力系统概念设计。堆芯为金属锂热管冷却、石墨慢化热中子反应堆,采用转鼓控制反应性,堆芯热量通过热管导出。与国外热管反应堆设计方案中燃料棒与热管相间布置方案不同,本文采用了热管-燃料复合元件,即燃料包裹于热管外壁面。能量转换采用以氦氙混合气体为工质的布雷顿动态热电转换。系统废热通过钠钾合金冷却回路传递到钾热管辐射板,通过辐射换热释放入太空。对热管反应堆堆芯物理及热工进行了初步分析,并对热管辐射板进行了性能分析,结果表明,所设计热管反应堆堆芯在设计功率下满足相应安全性要求,同时热管辐射板具有足够的能力将系统废热导出。 展开更多
关键词 空间核动力 热管反应堆 布雷顿转换 钾热管辐射板
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热管冷却反应堆燃料组件稳态热分析 被引量:3
11
作者 胡攀 陈立新 +1 位作者 王立鹏 张良 《现代应用物理》 2013年第4期374-378,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 热管冷却 热接触 空间核反应堆电源系统 热分析
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空间核反应堆电源技术概览 被引量:52
12
作者 胡古 赵守智 《深空探测学报》 2017年第5期430-443,共14页
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... 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。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源 航天任务 颠覆性技术
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H_∞控制方法在核反应堆功率控制中的应用 被引量:6
13
作者 孙佳丽 夏国清 孙 锋 《应用科技》 CAS 2005年第8期46-48,共3页
在已有核反应堆数学微分方程模型的基础上,建立了反应堆模型的状态空间方程描述形式;采用H∞控制方法设计了反应堆功率控制器,以控制反应堆功率变化.仿真结果表明,与传统的PID控制器相比,H∞控制器有良好的性能.
关键词 核反应堆 功率控制 状态空白描述 H∞控制器 仿真
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球床堆在空间核动力系统中的应用 被引量:9
14
作者 游尔胜 石磊 +1 位作者 郑艳华 张作义 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第B05期75-80,共6页
球床堆以高温气冷堆技术为基础,采用TRISO型包覆燃料颗粒,堆芯出口温度不受常规燃料元件包壳和冷却剂相变等因素限制,是一种理想的超高温空间热源。根据具体的空间核能需求,气体冷却剂可选用氢气或氦、氙惰性气体,其中氢气由于摩尔质量... 球床堆以高温气冷堆技术为基础,采用TRISO型包覆燃料颗粒,堆芯出口温度不受常规燃料元件包壳和冷却剂相变等因素限制,是一种理想的超高温空间热源。根据具体的空间核能需求,气体冷却剂可选用氢气或氦、氙惰性气体,其中氢气由于摩尔质量小、比冲大等特点,一般用在核热推进中。本文重点关注空间核电源及核电推进方面的应用,在调研国外空间核动力系统研究进展的基础上,对球床堆的概念设计方案、技术特点、堆芯结构布置、能量转换系统等进行简要介绍。结果表明,球床堆结合气体布雷顿循环可满足空间MW级电力需求,且系统比功率可达100 We/kg以上,具有明显的经济竞争优势,在空间技术应用中具有广阔的发展前景。 展开更多
关键词 球床堆 核动力系统 概念设计 空间应用
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堆外探测器读数与堆内功率分布的关系研究 被引量:8
15
作者 周旭华 李富 +2 位作者 韩松 王登营 颜见秋 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期166-170,共5页
通常认为堆外探测器读数与反应堆总功率之间存在正比关系,这其实很不合理,在实际运行过程中会出现很大的偏差。堆芯功率分布和堆外探测器读数的映射关系可以通过空间响应函数来更好地表达。论文介绍了空间响应函数的计算方法,压水堆的... 通常认为堆外探测器读数与反应堆总功率之间存在正比关系,这其实很不合理,在实际运行过程中会出现很大的偏差。堆芯功率分布和堆外探测器读数的映射关系可以通过空间响应函数来更好地表达。论文介绍了空间响应函数的计算方法,压水堆的堆外探测器空间响应函数的特点、影响因素,以及其在反应堆功率重构中作用。 展开更多
关键词 反应堆功率分布堆外探测器 空间响应函数
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大功率空间核电推进技术研究进展 被引量:14
16
作者 李永 周成 +4 位作者 吕征 叶东东 王戈 丛云天 刘镇星 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期12-27,共16页
大功率空间核电推进系统是空间核电源技术和大功率电推进技术的高度融合,具有高能量密度、超高比冲、较大推力的优势,可适用于超大型航天器轨道转移任务、远距离无人深空探测任务、载人火星等大型深空探测任务,能够极大地拓展人类深空... 大功率空间核电推进系统是空间核电源技术和大功率电推进技术的高度融合,具有高能量密度、超高比冲、较大推力的优势,可适用于超大型航天器轨道转移任务、远距离无人深空探测任务、载人火星等大型深空探测任务,能够极大地拓展人类深空探测的能力。本文针对大功率空间核电推进技术,对其工作原理和系统组成进行了介绍,同时开展了关键技术梳理,重点归纳了国内外在技术领域的研究历程和最新进展。 展开更多
关键词 空间核电推进 核反应堆 动态能量转换 大功率电推进 综述
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核动力深空探测器现状及发展研究 被引量:12
17
作者 朱安文 刘飞标 +1 位作者 杜辉 马世俊 《深空探测学报》 2017年第5期405-416,共12页
深空探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器,均利用的同位素核源衰变能,包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电... 深空探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器,均利用的同位素核源衰变能,包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电。研究中的深空探测核动力应用包括月球基地、载人火星飞行、无人探测、使用核反应堆裂变能等。空间裂变电源的反应堆包括液态金属冷却堆和气冷堆两种方式,前者支持温差、斯特林和布雷顿发电,后者支持布雷顿和磁流体发电。近期开始探索研究核聚变深空探测器。纵观核动力深空探测器的发展历程,同位素电源依然在深空探测中发挥着重要作用,大功率空间核电源结合电推进将成为未来深空探测的重要关注方向。 展开更多
关键词 核动力 深空探测器 同位素电源 反应堆
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秦山三期核电工程反应堆地段节理裂隙模拟 被引量:3
18
作者 周念清 朱学愚 +1 位作者 李启国 尚彦军 《工程地质学报》 CSCD 2000年第4期466-470,共5页
以秦山三期核电工程反应堆地段作为研究对象 ,针对节理裂隙在岩体中的分布具有随机性的特点 ,运用随机方法对其分布规律进行了研究。根据实测的节理裂隙产状、间距及迹线长度 ,推断节理裂隙概率分布特征。同时充分考虑到节理裂隙分布的... 以秦山三期核电工程反应堆地段作为研究对象 ,针对节理裂隙在岩体中的分布具有随机性的特点 ,运用随机方法对其分布规律进行了研究。根据实测的节理裂隙产状、间距及迹线长度 ,推断节理裂隙概率分布特征。同时充分考虑到节理裂隙分布的不均匀性和方向性等特点 ,采用非平稳态随机过程模拟节理裂隙间距 ,通过 Monte- Carlo方法得到等效的节理裂隙网络。根据统计和拟合的结果 ,对反应堆地段岩体的节理裂隙进行了评价。 展开更多
关键词 秦山核电工程 反应堆 节理裂隙间距 非平稳态随机过程 蒙特卡罗法 模拟
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空间核电推进技术发展研究 被引量:8
19
作者 周成 张笃周 +3 位作者 李永 汤章阳 于洋 唐玉华 《空间控制技术与应用》 2013年第5期1-6,共6页
空间核电推进系统具有高比冲、大功率、大推力和长寿命等特点,广泛适用于未来大型空间探测任务.在调研国外核电推进技术发展和空间应用情况的基础上,针对大型深空探测任务介绍基于核裂变反应堆的核电推进系统国外发展现状,总结核电推进... 空间核电推进系统具有高比冲、大功率、大推力和长寿命等特点,广泛适用于未来大型空间探测任务.在调研国外核电推进技术发展和空间应用情况的基础上,针对大型深空探测任务介绍基于核裂变反应堆的核电推进系统国外发展现状,总结核电推进系统所涉及的主要技术内容和已经取得的成果,梳理关键技术,并归纳了核电推进技术的发展趋势,最后对中国发展核电推进技术提出建议. 展开更多
关键词 空间核电推进 空间核反应堆 动态能量转换 大功率电推力器
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空间核反应堆电源热工水力特性研究综述 被引量:8
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作者 代智文 刘天才 +4 位作者 王成龙 张大林 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1296-1309,共14页
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... 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。 展开更多
关键词 空间核反应堆电源 热工水力 研究综述
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