火星表面核反应堆电源方案研究

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。登陆火星、建立火星基地并开发利用火星资源首先需解决电力供给问题,核反应堆电源具有功率大、寿命长、环境适应性强等优点,是火星基地及其他深空探测任务的理想能源。通过分析目前可用于火星基地的能源情况,针对性地提出了40 kWe火星表面核反应堆电源的总体方案,并从物理、安全、屏蔽、热工以及结构方面对电源方案进行了分析和论证。结果表明：该电源方案合理可行,能满足安全和寿期要求。     

空间核电源及热电材料

本文简述了以热电材料作为核能和电能的转换材料，以放射性同位素为热源的空间核电源的发展状况，对相应的传统热电材料PbTe、SiGe的使用现状、研究方向以及新型热电材料的发展作了介绍。     

外中子源驱动式核电源

外中子源驱动式核电源是新型核电源系统,能满足深空探测任务的需求.对该核电源的简化模型做了MCNP模拟,其比功率和功率分别为4.45 W/g和9.88 kW,比功率是通用型热源放射性同位素温差核电源(GPHS-RTG)的8倍,名义功率是GPHS-RTG的3.54倍.由GPHS-RTG模块的细致模型计算,该核电源的比功率和...     

90Sr同位素温差电源结构设计与性能分析

本研究设计了⁹⁰Sr同位素温差电源物理模型,主要包括热源、热电转换模块以及散热模块。在此基础上利用COMSOL软件对同位素电源进行有限元分析,得到了同位素电源的温度分布、电压以及功率输出特性。同时研究了热源功率衰减下的同位素电源输出特性,最后对热电材料的高度和横截面积进行了敏感性分析。研究结果表明,同位素电源最大输出功率为63.6 W,热电转换效率为7.6%,在15 a内电源最大输出功率由63.6 W衰减至24.4 W。敏感性分析发现电源内阻和最大输出功率随热电材料高度的增大而增大,随横截面积的减小而增大,研究结果对同位素电源在太空、深海等恶劣环境中的应用具有重要意义。     

气馈式碱金属热电转换装置性能分析方法

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。     

110 kN核热火箭发动机系统方案选取与参数优化研究

核热火箭发动机是深空探测的理想动力,可用系统循环方式包括闭式膨胀循环、抽气循环和开式膨胀循环。对基于金属陶瓷(CERMET)快堆堆芯的110 kN核热火箭发动机开展了3种不同系统循环方式的对比研究,通过不同方案的参数对比和组合件参数优化分析,最终认为基于CERMET堆芯110 kN核热火箭发动机的最佳系统方案为抽气循环。并对提高核热火箭发动机比冲性能的途径进行了探讨。     

5 MW核供热反应堆超声波棒位测量系统模块式电源设计

针对5 MW核供热反应堆(NHR-5)控制棒棒位测量指示系统因供电电源电路元器件老化出现输出电压不稳定问题,提出应对电源系统进行重新设计制作。新的设计方案采用模块化设计,整个电源系统由标准AC-DC开关电源模块和三端稳压器构成。与原分离元器件设计方案的比较结果表明,本设计方案除能为各控制棒棒位测量指示系统的功能模块正常供电之外,还提高了电源的稳定性以及可维护性。     

用于海上钻井平台的小型钠冷快堆核电源概念设计方案

根据海上石油钻井平台用户电力需求的特点,介绍了一种基于斯特林热气机发电技术的小型钠冷快堆核电源设计方案,研究了小型钠冷快堆核电源的总体技术方案、主回路冷却系统以及关键设备设计方案,并给出小型钠冷快堆核电源的初步布置方案。研究结果表明：小型钠冷快堆核电源概念设计方案符合海上石油钻井平台用户需求的长周期换料、空间限制等特点。     

核仪器多路电源监测系统设计

核仪器电源系统对仪器测量的结果有较大影响,为了尽量降低这种影响,本文提出了一种低功耗的核仪器多路电源监测方案。该方案以低功耗MSP430F6638处理器为核心,通过多路调理电路、模数转换电路、通信接口及显示单元等部分对核分析检测仪器的电源系统进行监测,动态测量电源输出电压的变化情况,一旦超出阈值范围可即时进行告警提示,避免因电源不稳定而降低分析测量结果的可靠性和准确性。经测试本文设计的多路电源监测系统能实时监测低压电源、高压电源,且功耗较低,可满足现行核仪器的使用要求。     

空间核反应堆电源需求分析研究

空间电源技术是开展空间探测的核心技术之一,空间核反应堆电源具有能量密度大、功率覆盖范围广、受太空环境影响小等特点,是未来空间电源的理想选择。本文从空间任务适用对象、系统比质量两方面对现有空间电源进行对比,阐述了空间核反应堆电源在未来空间活动的可能应用场合。基于对未来民用与军用空间任务的调研,归纳了空间核反应堆电源的功率需求。针对不同功率量级,对比分析了公开发表的不同空间核反应堆电源技术方案,给出了不同功率量级相对优化的技术路线选择。本研究可为空间核反应堆电源研究设计提供参考。     

Research on Space Nuclear Reactor Power Demand Analysis

Space power is one of the core technologies for space exploration. Space nuclear reactor power is characterized by high energy density, wide power coverage and small dependence on space environment, which is a promising choice for future space power. In this paper, the existing space power systems in view of mission targets and system specific mass were compared, potential application of space nuclear reactor power in future space activities was presented. Based on the investigation of the future civil and military space missions, the power requirement of space nuclear reactor power was summarized. According to different powers, the various technology schemes for space nuclear reactor power in the open literatures were compared, and the relatively optimized technical roadmaps for different power levels were given. This study can provide guidance for the space nuclear reactor power system design.     

空间核反应堆电源用核燃料研制进展

核燃料是空间核反应堆电源的主要材料之一,由于空间核反应堆电源的运行条件明显有别于地面反应堆,空间核反应堆电源用核燃料的类型和技术要求也明显不同于地面反应堆。国际上空间核反应堆电源用核燃料研制取得了长足的进展,多种核燃料材料在工程应用中得到了检验,并在持续开发新型核燃料。我国在亚化学计量二氧化铀芯块、铀钼合金、铀氢锆合金、碳化铀芯块、氮化铀芯块等多种具备在空间堆中应用的燃料材料上开展了一定的研究,并掌握了部分材料性能数据。本文就上述内容展开论述,同时针对与国际相应领域明显落后的实际情况,提出了我国后续核燃料研究的初步设想。     

200MW低温核供热堆应急电力系统的可靠性分析

简要介绍了２００ＭＷ低温核供热堆应急电力系统的设计特点，并用故障树分析方法，对其应急电力系统的可靠性进行了分析，从理论上论证出现有简化的２００ＭＷ低温核供热堆应急电力系统设计方案的安全母线供电可靠性指标在保留小数点后４位要求时，与采用一般核电厂应急电力系统设计方案时相一致。     

空间核反应堆电源热工水力特性研究综述

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。     

核供热堆功率调节系统分布式半实物实时仿真人机接口设计

核供热堆用于低温供热以及海水淡化等负荷跟踪的条件下,需建立半实物仿真平台来验证其功率调节系统,其仿真数据量大,使得单机仿真实验的实时性很难得到保证,结果的显示和存储均不方便.利用分布式结构建立了半实物的仿真平台和清晰、直观的人机接口,减轻了模型计算机的负担,提高了运算速度,满足了系统实时化的要求;画面清晰简洁,方便的指令输入和结果输出使系统的验证更加容易.     

快堆核电厂热力系统加热器设计方案热经济性分析

核电厂热力系统设计需在保证安全性的前提下尽量提高经济性。经济性的影响因素较多,包括技术成熟度、设备成熟度以及系统热经济性等。为了从热经济性的角度确定最优的快堆核电厂热力系统加热器配置,以俄方800 MW钠冷快堆热力系统为参考,基于热平衡分析法建立了适用于快堆核电厂的加热器、立式汽水分离再热器等设备的热力分析模型,进而开发了快堆核电厂热力系统热经济性分析程序,利用俄方设计计算值进行了程序验证。利用新开发的程序研究了不同加热器布置方案、给水焓升分配方案,确定了等焓降分配法的给水焓升分配方案热经济性最好。     

田湾核电厂数字化反应堆保护系统故障模式与后果分析

从田湾核电厂数字化反应堆保护系统的结构出发，对数字化保护系统可能出现的故障种类、影响区域和故障后果等进行了详细分析,通过故障模式与后果分析（FMEA）方法，对田湾核电厂数字化反应堆保护系统是否存在设计薄弱环节作出了判断。本工作为国内数字化反应堆保护系统设计提供了一些新思路。