CN110085330A - 一种坠毁次临界空间核反应堆电源 - Google Patents

一种坠毁次临界空间核反应堆电源 Download PDF

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王成龙
代智文
秋穗正
田文喜
苏光辉
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Abstract

本发明公开一种坠毁次临界空间核反应堆电源，包括热管堆堆芯，热管堆堆芯沿着轴向对称分为多个独立堆芯，堆芯由金属环箍固定；每个独立堆芯采用同样布置方案：热管一端插入热管堆堆芯，另一端穿过屏蔽体插入前换热器，斯特林热电转换装置的热端与中间换热器相连，斯特林热电转换装置冷端通过后换热器与热管辐射散热器相连；核燃料裂变产生的热量由热管从热管堆堆芯传导至前换热器，前换热器将热量均匀传递给斯特林热电转换装置，后换热器被热管辐射散热器冷却，前换热器与后换热器在斯特林热电转换装置两端形成温差，产生电能，可供多种用途的装备与系统使用；在发射失败时，堆芯外的金属环箍融毁，堆芯解体处于次临界状态，不会发生临界核事故。

Description

一种坠毁次临界空间核反应堆电源
技术领域
本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种坠毁次临界空间核反应堆电源。
背景技术
随着空间探索的发展，航天装备系统对空间核反应堆电源提出了重大需求，可靠、安全的空间核反应堆电源是未来空间探索的主要方向。
当前，空间核反应堆电源多采用静态转化设计，转换效率低且质量比功率高，难以满足未来航天需求。由于空间核反应堆电源多采用高富集铀堆芯，发射失败时坠入水中等意外情况易发生反应堆临界，导致大量放射性物质泄漏。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种坠毁次临界空间核反应堆电源，可供多种用途的装备与系统使用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种坠毁次临界空间核反应堆电源，包括热管堆堆芯1、金属环箍2、热管3、屏蔽体4、前换热器5、后换热器7、斯特林热电转换装置6与热管辐射散热器8；热管堆堆芯1沿着轴向对称分为多个独立堆芯，热管堆堆芯1外部由金属环箍2固定，每个独立堆芯布置方案相同：热管3一端插入热管堆堆芯1，另一端穿过屏蔽体4插入前换热器5，斯特林热电转换装置6的热端与前换热器5相连，冷端与后换热器7热端相连，后换热器7冷端与热管辐射散热器8相连；核燃料裂变产生的热量由热管3从热管堆堆芯1穿过屏蔽体4传导至前换热器5，前换热器5将热量传到斯特林热电转换装置6热端，后换热器7冷端经过热管辐射散热器8冷却，前换热器5与后换热器7在斯特林热电转换装置6两端形成温差，斯特林热电转换装置6做功产生电能，供多种用途的装备与系统使用，当发射失败时，金属环箍2在大气层摩擦融化解体，堆芯散列成独立块，不会发生反应堆临界导致严重核事故。
所述热管堆堆芯1沿着轴向对称分为2～10个独立堆芯。
所述金属环箍2材料为不锈钢。
所述热管3中的工质为钾。
所述前换热器5与后换热器7材料为高导热率金属。
用热管冷却、堆芯独立分块、斯特林式动态热电转换的空间核反应堆电源，能量密度、输出功率、转换效率、可靠性显著大于传统空间核反应堆电源，环境适应性强，可在高低温、真空、辐射、冲击和震动等恶劣环境下正常工作，在发射失败是能保持次临界降低核扩散风险，在深空探索领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为一种坠毁次临界空间核反应堆电源结构图。
图2为一种坠毁次临界空间核反应堆电源堆芯横截面示意图。
图中：1-热管堆堆芯；2-金属环箍；3-热管；4-屏蔽体；5-前换热器；6-斯特林热电转换装置；7-后换热器；8-热管辐射散热器
具体实施方式
为更好地说明本发明，现结合附图对本发明工作原理作以描述。
如图1和图2所示，本发明一种坠毁次临界空间核反应堆电源，包括热管堆堆芯1、金属环箍2、热管3、屏蔽体4、前换热器5、后换热器7、斯特林热电转换装置6与热管辐射散热器8；热管堆堆芯1沿着轴向对称分为多个独立堆芯，堆芯外部由金属环箍2固定。每个独立堆芯布置方案相同：热管3一端插入热管堆堆芯1，另一端穿过屏蔽体4插入前换热器5，斯特林热电转换装置6的一侧(热端)与前换热器5相连，另一侧(冷端)与后换热器7热端相连，后换热器7一侧(冷端)与热管辐射散热器8相连。核燃料裂变产生的热量由热管3从热管堆堆芯1穿过屏蔽体4传导至前换热器5，前换热器5将热量传到斯特林热电转换装置6热端，后换热器7冷端经过热管辐射散热器8冷却，前换热器5与后换热器7在斯特林热电转换装置6两端形成温差，斯特林热电转换装置6做功产生电能，可供多种用途的装备与系统使用，当发射失败时，金属环箍2在大气层摩擦融化解体，堆芯散列成独立块，不会发生反应堆临界导致严重核事故。
作为本发明的优选实施方式，所述热管堆堆芯1沿着轴向对称分为2～10个独立堆芯。
作为本发明的优选实施方式，所述金属环箍2材料为不锈钢。
作为本发明的优选实施方式，所述热管3中的工质为钾。
作为本发明的优选实施方式，所述前换热器5与后换热器7材料为高导热率金属。

Claims (5)

1.一种坠毁次临界空间核反应堆电源，其特征在于，包括热管堆堆芯(1)、金属环箍(2)、热管(3)、屏蔽体(4)、前换热器(5)、后换热器(7)、斯特林热电转换装置(6)与热管辐射散热器(8)；热管堆堆芯(1)沿着轴向对称分为多个独立堆芯，热管堆堆芯(1)外部由金属环箍(2)固定，每个独立堆芯布置方案相同：热管(3)一端插入热管堆堆芯(1)，另一端穿过屏蔽体(4)插入前换热器(5)，斯特林热电转换装置(6)的热端与前换热器(5)相连，冷端与后换热器(7)热端相连，后换热器(7)冷端与热管辐射散热器(8)相连；核燃料裂变产生的热量由热管(3)从热管堆堆芯(1)穿过屏蔽体(4)传导至前换热器(5)，前换热器(5)将热量传到斯特林热电转换装置(6)热端，后换热器(7)冷端经过热管辐射散热器(8)冷却，前换热器(5)与后换热器(7)在斯特林热电转换装置(6)两端形成温差，斯特林热电转换装置(6)做功产生电能，供多种用途的装备与系统使用，当发射失败时，金属环箍(2)在大气层摩擦融化解体，堆芯散列成独立块，不会发生反应堆临界导致严重核事故。
2.如权利要求1所述的坠毁次临界空间核反应堆电源，其特征在于，所述热管(3)中的工质为钾。
3.如权利要求1所述的坠毁次临界空间核反应堆电源，其特征在于，所述金属环箍(2)材料为不锈钢。
4.如权利要求1所述的坠毁次临界空间核反应堆电源，其特征在于，所述前换热器(5)与后换热器(7)材料为高导热率金属。
5.如权利要求1所述的坠毁次临界空间核反应堆电源，其特征在于，所述热管堆堆芯(1)沿着轴向对称分为2～10个独立堆芯。
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