合肥研究院“空间核反应堆电源”在北京顺利通过科技部中期检查

国家重点研发计划由原来的国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划、国际科技合作与交流专项、产业技术研究与开发基金和公益性行业科研专项等整合而成，是针对事关国计民生的重大社会公益性研究，以及事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的战略性、基础性、前瞻性重大科学问题、重大共性关键技术和产品，为国民经济和社会发展主要领域提供持续性的支撑和引领。

10月上旬，中科院合肥研究院核能安全所牵头的国家重点研发计划“兆瓦级超小型液态金属冷却空间核反应堆电源”在北京顺利通过科技部中期检查。该项目目标是形成一套固有安全、智能与自主控制、轻量化、长寿命的新型兆瓦级小型空间堆电源技术方案，建立空间堆电源设计方法与安全评价体系，为解决大功率空间能源供给与推进难题提供创新实施路径，推动我国航天与核能技术的持续提高与创新。

空间反应堆是将核裂变反应产生的能量为空间飞行器提供能源的一种核反应堆。根据不同的任务需求、通过不同的方式，空间反应堆可以把核能转变为电能和推进动力，这样的装置分别被称为空间核电源和核推进。空间反应堆是未来空间活动的重要能源。随着空间技术的发展，大功率卫星、深空探测等都需要大功率、长寿命的空间能源相匹配，空间反应堆将成为这些大功率航天器的优选能源。

长期载人的大型宇宙飞船、宇宙空间站和大型通信卫星需要功率在几千瓦以上的电源。尤其是军用航天武器以及太空武器，需要较大的动力和电能，要求电源体积小、重量轻、功率大，并能运行几年到几十年时间。微型高功率空间反应堆是最理想的能源。

这种反应堆采用高浓铀做燃料，金属钠-钾做冷却剂，尚未实际应用。目前，所有开发的空间反应堆电源只有几十千瓦到几百千瓦。按照功能，分为空间反应堆电源、空间反应堆推进系统、双模式(电源/推进)空间核动力系统。空间反应堆电源通过静态或动态转换方式把核反应堆中裂变产生的热能转变为电能。固定在星球表面的也成为星球表面核反应堆电源(也叫星球表面核电厂)。

空间反应堆推进系统

推进系统分为核热推进和核电推进。核热推进利用反应堆裂变产生的热能将工质(一般为氢)加热到很高的温度(如3000K)，高温、高压的工质从喷管排出从而产生推进动力。核电推进则先把反应堆裂变热能转变为电能，再利用电能电离并加速推进工质(电推进器)。

核热推进的推力可以很大，比冲较高;核电推进比冲很高，但推力却相对较小。双模式(电源/推进)空间核动力系统把空间反应堆电源和核热推进(或电推进器)相结合，可以构成既能给航天器提供电能，又能提供推进动力的功能强大的空间核动力系统，如空间反应堆电源、核热推进系统，以及空间反应堆电源、核电推进系统。

空间反应堆与太阳能、化学能等其他空间动力相比，具有以下优点：易于实现大功率供电，可达到数千瓦至数兆瓦，且结构紧凑，比功率高，隐蔽性和机动性好;核动力航天器迎风面小，轨道寿命厂，可全天候工作;具有较强的抗空间碎片撞击能力，环境适应性较强，可在范-艾伦辐射带工作;不依赖太阳，适宜于深空探测，作为月面电源可在长夜条件下工作。

航天使用的核电源有放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器和热离子发电器。一般均由热源、换能器(热电转换器)和散热器三部分组成。核电源一般均由热源、换能器(热电转换器)和散热器三部分组成。同位素温差发电器的常用热源(又称燃料)为放射性同位素钚 238或它的氧化物，它衰变时产生α粒子,不需要厚的屏蔽物。为防止发电器再入大气层时烧毁而造成污染，热源外盒由特种石墨材料制成。换能器的主要部分是温差电偶，由碲化铅、碲锑锗银四元合金或锗硅合金的p型和n型等半导体元件组成。多对电偶经串联和并联构成电堆，热端靠近热源盒，冷端连接散热器。

四元合金或锗硅合金的p型和n型等半导体元件组成。多对电偶经串联和并联构成电堆，热端靠近热源盒，冷端连接散热器。

散热器由导热良好的金属制成，使冷端温度尽量低，以增大温差，提高热电转换效率。发电系统总的热电转换效率为4.2%～6.6%，比功率为 1.3～4.2瓦/千克。这种发电器系统简单、可靠、热源工作期长，但钚238难于大量生产，价格高,电功率小(1千瓦以下),比功率和热电转换效率都低。1961年美国发射“子午仪”号导航卫星首次使用同位素温差发电器，电功率为2.7瓦,比功率约为1.3瓦/千克。核反应堆温差发电器的热源为铀235,衰变产生的热用钠钼热管导至温差电堆的热端。

铀 235衰变后产生大量快中子和γ射线，会严重影响航天器上电子器件的功能，须用厚铅层屏蔽。1965年发射的SNAP-10A卫星上采用了这种电源，电功率为560瓦，燃料11千克,工作43天。热离子发电器将铀 235衰变产生的热传到热离子二极管的发射极，使之加热产生热离子，这些热离子通过电极间的铯蒸汽传至收集极而得到电能。一种实用的热离子发电器的发射极温度为1773K,收集极温度为773K。每台发电器备燃料50千克,功率3～5千瓦。这类发电器使用的铀235价格较低，供应容易，但发电器的可靠性较差。

新闻来源：中国科学院合肥物质科学研究院