發(fā)布時間：2021-12-02 09:58

　　钚-238同位素電源（钚-238 RTG）能夠在惡劣環(huán)境下長時間自持運行,供電的同時還能提供熱能,是深空探測任務的理想能源。首先對溫差型钚-238 RTG發(fā)電原理和基本結(jié)構(gòu)進行了闡述,介紹了國內(nèi)外钚-238 RTG應用歷史和發(fā)展趨勢,進而梳理出了钚-238 RTG研制關(guān)鍵技術(shù),然后結(jié)合國外钚-238 RTG研制技術(shù)狀況及未來深空探測需求,對上述關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和討論,從而可為我國钚-238 RTG技術(shù)發(fā)展及其工程應用提供參考。 

【文章來源】：深空探測學報. 2020,7(01)

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

圖１钚－２３８?ＲＴＧ發(fā)電原理示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ?ｐｏｗｅｒ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｔｈｅｏｒｙ?ｏｆ?Ｐｌｕｔｏｎｉｕｍ－２３８?ＲＴＧ??

－２３８同位素電源??６５??３．１．２钚－２３８芯塊密度??钚－２３８?ＲＨＵ放射性芯塊密度增大可提高比功率和??機械強度，但過大密度會阻礙芯塊內(nèi)部因钚－２３８衰變??產(chǎn)生氦氣的排放，氦氣集聚可能帶來芯塊腫脹、破裂??等安全隱患，因此應在保證ＲＨＵ芯塊安全的前提下盡??量提高其密度。美國所使用的钚－２３８?ＲＨＵ芯塊的密度??均控制在８５％?±?５％ＴＤ范圍內(nèi)［１２］，制造過程中钚－２３８原??料的化學形式、粉體顆粒大孝燒結(jié)工藝等參數(shù)對陶??瓷芯塊密度均有重要影響［１３］（如圖９所示）。??圖９钚－２３８粉末原料和钚－２３８陶瓷芯塊??Ｆｉｇ．?９?Ｐｌｕｔｏｎｉｕｍ－２３８?ｐｏｗｄｅｒｓ?ａｎｄ?Ｐｌｕｔｏｎｉｕｍ－２３８?ｃｅｒａｍｉｃ?ｐｅｌｌｅｔｓ??３．１．３包殼結(jié)構(gòu)及材料??钚－２３８ＲＨＵ／ＲＴＧ在空間應用過程中，不僅要承受??運輸和發(fā)射階段的強烈振動和加速度沖擊，還可能經(jīng)??歷發(fā)射失敗所出現(xiàn)的緊急意外事故環(huán)境，使用單一材??料或單層防護包殼難以保護內(nèi)部钚－２３８核素的安全，??必須采用多層、不同材料的防護包殼。美國ＧＰＨＳ－??ＲＴＧ和ＭＭＲＴＧ使用的钚－２３８?ＲＨＵ均采用了４層安全防??護包殼，如圖１０所示。其中，抗燒蝕包殼（Ａｅｒｏｓｈｅｌｌ／??Ｃａｐ）可以抵抗高溫燒蝕和高速沖擊，該層包殼采用針??刺編織的碳碳復合材料（Ｆｉｎｅ?Ｗｅａｖｅ?Ｐｉｅｒｃｅｄ?Ｆａｂｒｉｃ，??ＦＷＰＦ）制成；隔熱層包殼（ＣＢＣＦＳｌｅｅｖｅ／Ｃａｐ）能夠??在超高溫環(huán)境下阻止熱量短時間傳入ＲＨＵ內(nèi)部，從而??保護金屬包殼密封，該層包殼選用了低密度碳碳復合??材料（Ｃａｒｂｏｎ?Ｂｏｎｄｅｄ?Ｃａｒ

?９?Ｐｌｕｔｏｎｉｕｍ－２３８?ｐｏｗｄｅｒｓ?ａｎｄ?Ｐｌｕｔｏｎｉｕｍ－２３８?ｃｅｒａｍｉｃ?ｐｅｌｌｅｔｓ??３．１．３包殼結(jié)構(gòu)及材料??钚－２３８ＲＨＵ／ＲＴＧ在空間應用過程中，不僅要承受??運輸和發(fā)射階段的強烈振動和加速度沖擊，還可能經(jīng)??歷發(fā)射失敗所出現(xiàn)的緊急意外事故環(huán)境，使用單一材??料或單層防護包殼難以保護內(nèi)部钚－２３８核素的安全，??必須采用多層、不同材料的防護包殼。美國ＧＰＨＳ－??ＲＴＧ和ＭＭＲＴＧ使用的钚－２３８?ＲＨＵ均采用了４層安全防??護包殼，如圖１０所示。其中，抗燒蝕包殼（Ａｅｒｏｓｈｅｌｌ／??Ｃａｐ）可以抵抗高溫燒蝕和高速沖擊，該層包殼采用針??刺編織的碳碳復合材料（Ｆｉｎｅ?Ｗｅａｖｅ?Ｐｉｅｒｃｅｄ?Ｆａｂｒｉｃ，??ＦＷＰＦ）制成；隔熱層包殼（ＣＢＣＦＳｌｅｅｖｅ／Ｃａｐ）能夠??在超高溫環(huán)境下阻止熱量短時間傳入ＲＨＵ內(nèi)部，從而??保護金屬包殼密封，該層包殼選用了低密度碳碳復合??材料（Ｃａｒｂｏｎ?Ｂｏｎｄｅｄ?Ｃａｒｂｏｎ?Ｆｉｂｅｒ，?ＣＢＣＦ）；抗撞擊??包殼（Ｉｍｐａｃｔ?Ｓｈｅｌｌ／Ｃａｐ）可以抵抗各種嚴苛力學載荷??的破壞作用，確保內(nèi)部放射性物質(zhì)的密封，該層包殼??為石墨材質(zhì)；燃料密封包殼（Ｆｕｅｌｅｄ?Ｃｌａｄ，?ＦＣ）將高??溫钚－２３８放射性陶瓷芯塊密２３８放射性陶瓷芯塊密封??在其內(nèi)部與環(huán)境隔離，使用了銥合金材料（ＤＯＰ２６）??３．１．４透氦阻钚裝置??由于钚－２３８?ＲＴＧ所使用的钚－２３８同位素會因衰變??持續(xù)釋放Ｈｅ氣，若集聚在包殼內(nèi)部則會使內(nèi)壓持續(xù)增??大，可能導致包殼承壓破裂。為規(guī)避該安全風險，通??常采用包殼預留儲氣空間或加裝透

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3528209