热管空间核反应堆电源的研究进展

发布时间：2024-07-06 12:50

　　随着人类对宇宙太空的深入探索,对于提供能量的电源要求也在逐步提高,空间核反应堆电源在执行深空探测任务中脱颖而出。热管核反应堆由于具备非能动性、寿期长、可靠性高等优势,成为目前空间核反应堆领域的研究热点。本文通过重点介绍典型热管堆的概念设计系统以及在Kilopower中的应用,对热管电源系统(Heatpipe Power System,HPS)、由热管控制的火星探索反应堆(The Heatpipe-operated Mars Exploration Reactor,HOMER)、安全可负担裂变引擎方案(Safe Affordable Fission Engine,SAFE)以及Kilopower进行了重点调研,归纳总结了各个反应堆的结构设计、燃料选择、热管排布、功率设计等,以期对未来热管空间核反应堆电源的设计研究提供思路和参考。

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【部分图文】：

图1热管工作示意图

热管传热具有下述优点：1）非能动性，不用热泵驱动；2）传热能力强；3）可变换热通量。热管中的蒸发和冷凝过程在通道空间中是分开的，所以可以独立改变加热面积，从而改变热流密度；4）优良的等温性。由于从蒸发段流向冷凝端的压降很小，根据热力学方程可知，其温降也很小；5）热管传热系统安全可....

图2HPS的反应堆截面示意图[4]

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，所需电源要能够在极端条件下长期发电。美国在火星星表电源方面开展了大量研究，通过借鉴美国40年的开发经验，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LosAlamosNationalLaboratory,LANL）希望能够开发出一....

图3125-kWtHOMER堆芯横截面[7]

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室提出开发HPS项目的4年里，进行了三次HPS概念验证技术演示，每次都非常成功。热管式火星探测反应堆（Heatpipe-operatedMarsExplorationReactor,HOMER）是为在火星表面发电而设计的HPS的派生项目。图3为一个1....

图4SAFE-400堆芯横截面[12]

作为典型SAFE方案，SAFE-400是一种热功率400kWt、电功率100kW的热管堆电源系统，采用氮化铀燃料、钠热管和气体布雷顿循环发电系统。SAFE-400堆芯横截面如图4所示，全堆共采用127根钠热管和381根碳化铀燃料棒，在靠近活性区边缘的位置还有39根与燃料棒外形....

本文编号：4002575