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熱電堆,智防\\u002634

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熱離子堆潛艇和低溫堆潛艇有什么區(qū)別？

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【熱電堆,智防\\u002634】1.熱離子反應(yīng)堆是將其核熱能在反應(yīng)堆內(nèi)直接轉(zhuǎn)換為電能，其電能可以直接作為動力 。熱離子堆在美俄是作為宇宙空間站的電源而設(shè)計的，故又稱空間反應(yīng)堆 。其基本特點是，核燃料的外側(cè)裝備著可以控制核反應(yīng)速度的轉(zhuǎn)動式反射體/控制棒，利用熱電子發(fā)電的方式從核熱能直接獲得電力 。但是，熱離子堆的主要問題是單堆功率小、熱電轉(zhuǎn)換效率低 。
如美國研制成功的由SP-100型熱離子堆為核心組成的空間核動力裝置，熱功率為240千瓦，但發(fā)電功率僅為10千瓦 。蘇聯(lián)研制的托巴斯-1型熱離子堆熱功率為130～150千瓦，電功率5～7千瓦 。由此數(shù)據(jù)還可知，熱離子堆不僅單堆輸出功率小，而且熱-電轉(zhuǎn)換效率較低 。托巴斯-1型的效率為3~5.3%，SP-100大約為4.2% 。
所以現(xiàn)在基本沒有應(yīng)用 。在探討AIP潛艇動力方式時，人們經(jīng)常將“小型核堆”也作為AIP動力系統(tǒng)的一種選擇 。而當(dāng)前已在空間飛行器中得到應(yīng)用的熱離子反應(yīng)堆，就是小型核動力裝置的一種 。由于它與常規(guī)的壓水堆、液態(tài)金屬堆存在明顯的差別，因此如在潛艇上安裝熱離子反應(yīng)堆，那么這樣的潛艇也與當(dāng)前各國服役的核潛艇大不一樣 。
熱離子反應(yīng)堆和同位素衰變電池都是非常規(guī)核動力系統(tǒng) 。熱離子核反應(yīng)堆電源由核熱源、熱離子能量轉(zhuǎn)換器和排熱系統(tǒng)三部分構(gòu)成 。熱離子能量轉(zhuǎn)換器由承擔(dān)放出電子的高溫電極（發(fā)射極）和與其面對面放置的低溫電極（集電極）構(gòu)成 。將發(fā)射極緊靠著反應(yīng)堆中的核燃料元件，當(dāng)核裂變產(chǎn)生的熱量將發(fā)射極加熱到1500到2000℃的高溫時，發(fā)射極中的自由電子得到足夠的能量而飛出，由集電極將電子收集起來，就可在陽極、陰極和負載之間形成通路，產(chǎn)生電流 。
熱離子堆核熱燃料單元體的中心部位是帶有孔洞的二氧化鈾或氮化鈾燃料芯塊 。把燃料芯塊制成帶有孔洞的形式，以防止燃料發(fā)生熔融事故 。緊靠燃料芯塊的外側(cè)，則是作為熱電子發(fā)射體的金屬鎢，這一層金屬鎢作為電子發(fā)射極被裝配在與燃料芯塊緊靠相鄰的位置上 。位于金屬鎢外側(cè)的是一層金屬鈮，但是在鎢層與鈮層之間設(shè)置了一段空隙，在這段空隙中充注了一些氣態(tài)的銫，這樣做是為了防止空間電荷效果引起發(fā)電率的降低 。
金屬鈮在功函數(shù)和蒸汽壓力方面均低于作為熱電子發(fā)射體的金屬鎢，它被用做集電極 。鈮層的外側(cè)是鈮-鋯耐熱合金屏蔽層 。鈮層與鈮-鋯耐熱合金屏蔽層之間也設(shè)置了一段空隙，空隙中充注了氦氣，以防止冷卻劑溫度上升過高 。隔片的作用不僅可防止燃料芯塊上下移動，同時還可增加核熱燃料單元體的物理強度 。由若干個核熱燃料單元體組成的核熱燃料單元體組件被緊密配置??網(wǎng)格形狀 。
每個核熱燃料單元體組件之間留有一定的間隙，冷卻劑則沿著自上而下的方向在核熱燃料單元體組件之間的間隙中流動 。冷卻劑采用液態(tài)金屬，其目的是為了提高傳熱性能，減少堆芯尺寸，提高堆芯溫度（即提高發(fā)電效率） 。金屬冷卻劑的材料主要是鈉鉀共晶合金以及鋰 。由于熱離子反應(yīng)堆是將其核熱能在反應(yīng)堆內(nèi)直接轉(zhuǎn)換為電能，省去了核動力堆中的一回路、二回路以及蒸汽輪機，只要將潛艇設(shè)計為電力推進模式，反應(yīng)堆產(chǎn)生的電能就可以直接作為動力 。
熱離子堆在美俄是作為宇宙空間站的電源而設(shè)計的，故又稱空間反應(yīng)堆 。為了使空間反應(yīng)堆的堆芯具有最小尺寸，目前設(shè)計的熱離子堆燃料芯塊使用的是95%的高濃縮鈾 。為了獲取直流電力，沿圓周方向分成8個等面積區(qū)域，每4個核熱燃料單元體并聯(lián)連接起來形成一組，然后再把2組核熱燃料單元體并聯(lián)起來，沿著軸向進行排列 。把核熱燃料單元體并聯(lián)起來的優(yōu)點是，即使數(shù)量眾多的核熱燃料單元體之中的某些單元體出現(xiàn)性能故障，仍不至引起總體發(fā)電性能的降低，從而使空間堆的運行可靠性得到保證 。

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