隨著人類對(duì)宇宙太空的深入探索,對(duì)于提供能量的電源要求也在逐步提高,空間核反應(yīng)堆電源在執(zhí)行深空探測(cè)任務(wù)中脫穎而出。熱管核反應(yīng)堆由于具備非能動(dòng)性、壽期長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)勢(shì),成為目前空間核反應(yīng)堆領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文通過重點(diǎn)介紹典型熱管堆的概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及在Kilopower中的應(yīng)用,對(duì)熱管電源系統(tǒng)(Heatpipe Power System,HPS)、由熱管控制的火星探索反應(yīng)堆(The Heatpipe-operated Mars Exploration Reactor,HOMER)、安全可負(fù)擔(dān)裂變引擎方案(Safe Affordable Fission Engine,SAFE)以及Kilopower進(jìn)行了重點(diǎn)調(diào)研,歸納總結(jié)了各個(gè)反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃料選擇、熱管排布、功率設(shè)計(jì)等,以期對(duì)未來熱管空間核反應(yīng)堆電源的設(shè)計(jì)研究提供思路和參考。

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【部分圖文】：

圖1熱管工作示意圖

熱管傳熱具有下述優(yōu)點(diǎn)：1）非能動(dòng)性，不用熱泵驅(qū)動(dòng)；2）傳熱能力強(qiáng)；3）可變換熱通量。熱管中的蒸發(fā)和冷凝過程在通道空間中是分開的，所以可以獨(dú)立改變加熱面積，從而改變熱流密度；4）優(yōu)良的等溫性。由于從蒸發(fā)段流向冷凝端的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)方程可知，其溫降也很小；5）熱管傳熱系統(tǒng)安全可....

圖2HPS的反應(yīng)堆截面示意圖[4]

火星作為地球的近鄰，一直是人類進(jìn)行深空探測(cè)和開發(fā)的首選目標(biāo)，所需電源要能夠在極端條件下長(zhǎng)期發(fā)電。美國(guó)在火星星表電源方面開展了大量研究，通過借鑒美國(guó)40年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LosAlamosNationalLaboratory,LANL）希望能夠開發(fā)出一....

圖3125-kWtHOMER堆芯橫截面[7]

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提出開發(fā)HPS項(xiàng)目的4年里，進(jìn)行了三次HPS概念驗(yàn)證技術(shù)演示，每次都非常成功。熱管式火星探測(cè)反應(yīng)堆（Heatpipe-operatedMarsExplorationReactor,HOMER）是為在火星表面發(fā)電而設(shè)計(jì)的HPS的派生項(xiàng)目。圖3為一個(gè)1....

圖4SAFE-400堆芯橫截面[12]

作為典型SAFE方案，SAFE-400是一種熱功率400kWt、電功率100kW的熱管堆電源系統(tǒng)，采用氮化鈾燃料、鈉熱管和氣體布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。SAFE-400堆芯橫截面如圖4所示，全堆共采用127根鈉熱管和381根碳化鈾燃料棒，在靠近活性區(qū)邊緣的位置還有39根與燃料棒外形....

本文編號(hào)：4002575