阅读说明：本技术 一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源 (Spherical self-expanding nuclear reactor power supply used on surface of planet ) 是由 王成龙 黄金露 苏光辉 孙浩 田文喜 秋穗正 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源,包括堆芯、热管、屏蔽体、斯特林发动机热电转换装置和球型自展式热管辐射器,热管一端插入堆芯中,另一端插入斯特林发动机热电转换装置的热端中,屏蔽体设置在堆芯与斯特林发动机热电转换装置之间,热管穿过屏蔽体,屏蔽体保护斯特林发动机热电转换装置不受到堆芯严重的辐射损伤；斯特林发动机热电转换装置冷端通过热管连接到球型自展式热管辐射器,斯特林发动机热电转换装置利用冷热两端的温差产生电能,将热能转换为电能,多余的热量通过球型自展式热管辐射器辐射到太空环境中；球型自展式热管辐射器未展开时,将其运送到星球表面,然后展开为球型,为在星球表面展开探测活动提供所需的电能。(The invention discloses a spherical self-expanding nuclear reactor power supply used on the surface of a planet, which comprises a reactor core, a heat pipe, a shield, a Stirling engine thermoelectric conversion device and a spherical self-expanding heat pipe radiator, wherein one end of the heat pipe is inserted into the reactor core, the other end of the heat pipe is inserted into the hot end of the Stirling engine thermoelectric conversion device, the shield is arranged between the reactor core and the Stirling engine thermoelectric conversion device, the heat pipe penetrates through the shield, and the shield protects the Stirling engine thermoelectric conversion device from serious radiation damage of the reactor core; the cold end of the Stirling engine thermoelectric conversion device is connected to the spherical self-expanding heat pipe radiator through the heat pipe, the Stirling engine thermoelectric conversion device generates electric energy by utilizing the temperature difference between the cold end and the hot end, the heat energy is converted into the electric energy, and the redundant heat is radiated to the space environment through the spherical self-expanding heat pipe radiator; when the spherical self-expanding heat pipe radiator is not expanded, the radiator is conveyed to the surface of a planet and then expanded into a spherical shape, so that electric energy required by the expansion and detection activities on the surface of the planet is provided.)

一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源

技术领域

本发明涉及反应堆电源技术领域，具体涉及一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源。

背景技术

随着空间技术应用需求的日益加大以及空间技术的不断成熟，星球已经成为各国21世纪深空探测的首要目标。

当前，用于空间的电源系统多为化学电源，如蓄电池、燃料电池、热气机、太阳能等。长寿期电源还包括同位素电源，主要用于航天器等。在上述传统电源系统中，由于星球表面高真空、无大气的环境，化石能源无法燃烧，且化学能电源输出功率较低、续航能力不足，难以满足长期星球探测工作的使用需要；星球距离太阳远近不同，且具有时间较长的夜晚，昼夜温差极大，太阳能电源体积、尺寸较大，很难满足大功率需求，且续航能力不足；同位素电源虽然寿命长达数年以上，但输出功率较低，难以满足需求。此外，传统电源环境适应能力不强，难以适应星球表面恶劣的工作环境，例如高低温、真空、强辐射、冲击和震动等。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源，为将来进行星球表面探测提供电力供应，大幅提高功率输出水平与续航时间。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源，包括堆芯1、热管2、屏蔽体3、斯特林发动机热电转换装置4和球型自展式热管辐射器5，所述热管2一端***堆芯1中，另一端***斯特林发动机热电转换装置4的热端中，屏蔽体3设置在堆芯1与斯特林发动机热电转换装置4之间，热管2穿过屏蔽体3，屏蔽体3保护斯特林发动机热电转换装置4不受到堆芯1严重的辐射损伤；斯特林发动机热电转换装置4的热端同***堆芯的热管2相连，斯特林发动机热电转换装置4的冷端通过热管辐射器热管6连接到球型自展式热管辐射器5，堆芯1中的核燃料11发生核裂变产生热量，热量传递至热管2使之温度升高；热管2将热量传导至斯特林发动机热电转换装置4的热端，球型自展式热管辐射器5的热管辐射器热管6冷却了斯特林发动机热电转换装置4的冷端；斯特林发动机热电转换装置4利用冷热两端的温差产生电能，将热能转换为电能，多余的热量通过球型自展式热管辐射器5辐射到太空环境中；球型自展式热管辐射器5未展开时，体积较小，便于运载火箭将其运送到星球表面，然后在星球表面自动展开为球型，将整个核反应堆电源包裹住，为整个核反应堆电源提供保护层；整个核反应堆电源实现能量传输和转换，产生电能，为在星球表面展开探测活动提供所需的电能。

所述堆芯1采用热管冷却快中子反应堆，其内部的核燃料11采用富集度65％的氮化铀。

所述热管2中的工质为液态金属。

所述屏蔽体3的材料为金属钨或氢化锂。

所述斯特林发动机4为自由活塞式斯特林发动机，其运行工质为氦气。

所述球型自展热管辐射器5设计为自动展开式，展开后为球型，将整个反应堆电源包住，可以为整个电源提供保护层，热管辐射器热管6的工质为钾。

所述星球表面使用的核反应堆电源的直径为1.5米，全长3.6米，总重3吨，能够通过运载火箭将其运输至星球表面，为星球表面探测活动提供电力。

本发明采用热管冷却、自由式斯特林发动机动态热电转换的星球表面使用的球型自展式核反应堆电源，其能量密度、输出功率、续航时间显著大于传统化学电源，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。同时，具有不依赖光照、高功率、长寿命、高可靠性的优势，可满足大功率电源需求、长阴影周期和远离太阳工作环境要求，在未来星球表面探测任务中具有重要应用前景。

附图说明

图1为本发明星球表面使用的核反应堆电源布置图。

图中：1-堆芯；2-热管；3-屏蔽体；4-斯特林发动机热电转换装置；11-核燃料；5-球型自展式热管辐射器；6-热管辐射器热管。

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所示，本发明一种星球表面使用的球型自展式核反应堆电源，包括堆芯1、热管2、屏蔽体3、斯特林发动机热电转换装置4和球型自展式热管辐射器5，所述热管2一端***堆芯1中，另一端***斯特林发动机热电转换装置4的热端中，屏蔽体3设置在堆芯1与斯特林发动机热电转换装置4之间，热管2穿过屏蔽体3，屏蔽体3保护斯特林发动机热电转换装置4不受到堆芯1严重的辐射损伤；斯特林发动机热电转换装置4的热端同***堆芯的热管2相连，斯特林发动机热电转换装置4的冷端通过热管辐射器热管6连接到球型自展式热管辐射器5，堆芯1中的核燃料11发生核裂变产生热量，热量传递至热管2使之温度升高；热管2将热量传导至斯特林发动机热电转换装置4的热端，球型自展式热管辐射器5的热管辐射器热管6冷却了斯特林发动机热电转换装置4的冷端；斯特林发动机热电转换装置4利用冷热两端的温差产生电能，将热能转换为电能，多余的热量通过球型自展式热管辐射器5辐射到太空环境中；球型自展式热管辐射器5未展开时，体积较小，便于运载火箭将其运送到星球表面，然后在星球表面自动展开为球型，将整个核反应堆电源包裹住，为整个核反应堆电源提供保护层；整个核反应堆电源实现能量传输和转换，产生电能，为在星球表面展开探测活动提供所需的电能。

作为本发明的优选实施方式，所述堆芯1采用热管冷却快中子反应堆，其内部的核燃料11采用富集度65％的氮化铀。

作为本发明的优选实施方式，所述热管2中的工质为液态金属。

作为本发明的优选实施方式，所述屏蔽体3的材料为金属钨或氢化锂。

作为本发明的优选实施方式，所述斯特林发动机热电转换装置4为自由活塞式斯特林发动机，其运行工质为氦气。

作为本发明的优选实施方式，所述球型自展热管辐射器5设计为自动展开式，展开后为球型，将整个反应堆电源包住，可以为整个电源提供保护层，热管辐射器热管6的工质为钾。

作为本发明的优选实施方式，所述核反应堆电源的直径为1.5米，全长3.6米，总重3吨，能够通过运载火箭将其运输至星球表面，为星球表面探测活动提供电力。

本发明电源的工作原理为：堆芯1中的核燃料11发生核裂变产生热量，热量传递至热管2使之温度升高。热管2能够将热量传导至斯特林发动机热电转换装置4的热端。热管2在斯特林发动机热电转换装置4中加热了斯特林发动机热电转换装置4的热端，球型自展式热管辐射器5的热管辐射器热管6冷却了斯特林发动机热电转换装置4的冷端。斯特林发动机热电转换装置4利用两端的温差将热能转换为电能。球型自展热管辐射器5将多余的热量辐射到星球表面环境中。

本发明未详尽描述的内容均为常规技术内容。