核热推进反应堆燃料元件发展概述

发布时间：2021-04-06 06:16

　　深空探测作为我国航天领域未来的重要任务之一,需要性能更高的推进系统提供动力。核热推进系统具有高比冲、大推力、长运行寿命、可重复启动等优点,可为未来深空探测任务提供可靠的动力支撑。经过了60多年的发展,核热推进固态堆芯燃料元件被研制出了多种类型,如六棱柱石墨基燃料元件、扭曲条带燃料元件、六棱柱金属陶瓷燃料元件、球形包覆颗粒燃料元件、MITEE型燃料元件、SLHC型燃料元件、Grooved Ring型燃料元件等。总结归纳了核热推进固态堆芯燃料元件的发展状况,提出了发展核热推进固态堆芯燃料元件的关键技术,可为我国核热推进系统燃料元件的研制提供借鉴。 

【文章来源】：宇航总体技术. 2020,4(01)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

核热推进系统结构示意图

图1 核热推进系统结构示意图Ι sp = 1 g 2γ γ-1 R Μ mole Τ c [ 1-( Ρ e Ρ c ) γ-1 γ ] (1)

国内有关核热推进的研究仍处于概念设计与方案论证阶段,堆芯燃料元件的的研制、测试也刚刚起步。借鉴国内球床高温气冷堆的研究基础,其TRISO颗粒燃料元件与美国径流式粒子球床堆芯型核热推进系统的燃料元件形式类似[30],如图5所示。500 μm左右TRISO颗粒弥散在球形石墨基体中,形成8mm～10mm左右的燃料球元件。为了保证燃料元件在高温热氢环境下的完整性,燃料球元件表面涂覆一层热解碳缓冲层和一层ZrC保护层。王金宇等[31]、张良等[32]对球形包覆颗粒燃料耐高温热冲击性能开展了实验研究,研究表明,TRISO燃料颗粒能保证2000K以下的结构完整性,2200K时颗粒破损率已高达70%(破损情况如图6所示),距离3000K的温度极限还有相当大的差距。张良等[32]还提出温度超过2000K 时,SiC 平均晶粒尺寸明显增大,晶界迁移能力增强,颗粒包覆层压碎强度急剧降低,并建议采用耐热冲击更好的碳化锆材料进一步研究测试。图6 TRISO颗粒高温热冲击前后表面显微图像


本文编号：3120932