[发明专利]一种通用的热离子空间核反应堆电源瞬态热电特性分析方法

说明书

一种通用的热离子空间核反应堆堆芯瞬态热电特性综合分析方法，主要步骤如下：1、确定热离子空间核反应堆堆芯结构与初始参数2、计算当前时刻热离子空间核反应堆堆芯温度分布3、计算当前时刻堆芯电极上的电势与电流分布4、计算当前时刻堆芯输出电压、输出电流、输出电功率5、根据所有已知条件，跳到步骤2进行下一时刻的计算，循环计算直到达到稳态；本发明的方法可以计算通用热离子空间核反应堆电源瞬态热电特性，并且在计算时可以得到更精确的计算结果。

技术领域

本发明涉及空间核反应堆电源领域，具体涉及一种通用的热离子空间核反应堆电源瞬态热电特性分析方法

背景技术

随着空间探索任务需求的不断增加，以及太阳能和化学电池在深空任务或行星表面任务中的局限性，技术成熟和可靠性高的空间核动力反应堆是未来的主要发展方向。热离子空间核反应堆电源是目前研究最为成熟的一种空间核反应堆电源，美国与俄罗斯在上世纪90年代开展了大量的研究工作。到目前为止，俄罗斯仍在进行大功率热离子核反应堆电源的研究工作。

目前国际上对于空间核反应堆研究，基本都会考虑热电特性对系统的影响。国际上开展了大量热离子空间堆的相关热电特性研究，这些研究主要分为两类，一类是采用试验方法测得热离子空间核反应堆电源的热电特性，一类是利用理论模型对热离子空间核反应堆电源进行分析，但大部分的试验和理论分析都是基于堆内单根热离子燃料元件进行的，而且多关注于稳态热电特性。为了确定堆芯瞬态热电特性的影响，对堆芯建立热工水力模型、热电系统模型，从而为更加全面、有效地评估热离子空间核反应堆的热电特性提供依据。

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通用的热离子空间核反应堆电源瞬态热电特性分析方法，对通用的热离子空间核反应堆整体堆芯进行研究，可以准确的反映出全堆的热电特性，可以实现不同结构与功率的热离子空间核反应堆热电特性计算，降低了对热离子空间核反应堆的结构与参数的要求，有效增加了本方法对不同问题的适应性。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种通用的热离子空间核反应堆电源瞬态热电特性分析方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据用户需求确定热离子燃料元件结构与参数，确定热离子燃料元件各层结构的尺寸、燃料的功率分布和冷却剂的温度，根据需求划分径向与轴向节点数目；

步骤2：计算当前t时刻热离子空间核反应堆堆芯温度分布，利用步骤1得到的结构与参数分别建立关于热离子空间核反应堆堆芯的传热过程的非线性微分热平衡方程组；

通用的热离子空间核反应堆堆芯由热离子燃料元件和慢化剂基体构成，热离子燃料元件主要由燃料区域、裂变气体间隙、发射极、铯气层、接收极、氦气层、不锈钢内套管、冷却剂和不锈钢外套管构成；

首先采用考虑六组缓发中子的点堆模型动态方程来求解反应堆裂变功率；点堆模型同时考虑了缓发中子对裂变功率的影响以及燃料、冷却剂和结构部件的反应性反馈，因此是一个耦合的一阶微分方程组；同时因为反应性是时间相关变量，因此方程组为非线性的；点堆模型动态方程由公式(1)和公式(2)计算；

式中：

P(t)——t时刻反应堆裂变功率/W；

t——计算时间/s；

Λ——中子代时间/s；

β——总的有效缓发中子份额；

β_i——第i组缓发中子份额；

λ_i——第i组缓发中子的衰变常数/s^-1；