裂变电池反应堆的热工水力特征概念分析

美国能源部核能研究创新(NERI)小组的直接能源转换(DEC)项目的目标是开发适合于商业应用的直接能源转换工艺。直接能源转换的定义是不使用中间热工艺就可以将任何裂变过程转变为有用的能源。该项目包括裂变电池(FEC)的研究。FEC特有的部件是通过真空与电池其它部分隔离的阴极。这种布置的潜在问题是阴极捕获能量，使温度上升，结果有可能导致结构问题和气体释放。本文描述了为了解决这种问题和其它相似的热工问题所进行的工作。本文描述了热模型的开发工作，在其整个设计模型中统筹考虑了热力学和传热方面的问题。热模型从能量平衡开始，利用传热学方法建立了温度和系统运行参数之间的一般关系，最后在模型中使用公开的关系式将一般参数与具体的几何配置联系起来。热模型验证了典型裂变电池是一种低能量密度装置，结果是其传热机制可有效地传送系统所产生的所有废热。这使得设计在概念层次上有可能利用运行温度来优化系统的运行和经济性。同时，该模型在某种程度上也验证了热的积累与系统工作电压间的联系不大。