热离子反应堆到底是什么?它的原理是什么?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/08 12:36:04
热离子反应堆到底是什么?它的原理是什么?
热离子反应堆到底是什么?它的原理是什么?
热离子反应堆到底是什么?它的原理是什么?
热离子换能是利用热离子二极管来完成.它是将热离子二极管的发射极（阴极）紧靠着反应堆中的燃料元件.当核裂变产生的热量将发射极加热到1500～2000℃的高温时,发射极中的自由电子就得到足够的能量而飞出.这时二极管的收集极（阳极）就将电子收集起来,结果在阳极和阴极之间形成通路,产生了电流.
热离子反应堆是将其核热能在反应堆内直接转换为电能,其电能可以直接作为动力.热离子堆在美俄是作为宇宙空间站的电源而设计的,故又称空间反应堆.其基本特点是,核燃料的外侧装备着可以控制核反应速度的转动式反射体/控制棒,利用热电子发电的方式从核热能直接获得电力.
为了使空间反应堆的堆芯具有最小尺寸,燃料芯块使用的是95%的高浓缩铀.另外,为了保证从高温的核燃料中直接获取直流电力,在燃料芯块的外侧,布置了装备发射极和集电极的核热燃料单元体.核热燃料发电单元是由核燃料芯块、发射极和集电极等组成.为了获取直流电力,沿圆周方向分成8个等面积区域,每4个核热燃料单元体并联连接起来形成一组,然后再把2组核热燃料单元体并联起来,沿着轴向进行排列.把核热燃料单元体并联起来的优点是,即使数量众多的核热燃料单元体之中的某些单元体出现性能故障,仍不至引起总体发电性能的降低,从而使空间堆的运行可靠性得到保证,核热燃料单元体的中心部位是带有孔洞的UO2或UN燃料芯块.把燃料芯块制成带有孔洞的形式,以防止燃料发生熔融事故.紧靠燃料芯块的外侧,则是作为热电子发射体的金属钨（W）,这一层金属钨作为电子发射极被装配在与燃料芯块紧靠相邻的位置上.位于金属钨外侧的是一层金属铌（Nb）,但是在钨层与铌层之间设置了一段空隙,在这段空隙中充注了一些气态的铯（Cs）,这样做是为了防止空间电荷效果引起发电率的降低.金属铌在功函数和蒸汽压力方面均低于作为热电子发射体的金属钨,它被用做集电极.铌层的外侧是铌-1%锆耐热合金屏蔽层.铌层与铌-锆耐热合金屏蔽层之间也设置了一段空隙,空隙中充注了氦气（He）,以防止冷却剂温度上升过高.隔片的作用不仅可防止燃料芯块上下移动,同时还可增加核热燃料单元体的物理强度.由若干个核热燃料单元体组成的核热燃料单元体组件被紧密配置?网格形状.每个核热燃料单元体组件之间留有一定的间隙,冷却剂则沿着自上而下的方向在核热燃料单元体组件之间的间隙中流动.冷却剂采用液态金属,其目的是为了提高传热性能,减少堆芯尺寸,提高堆芯温度（即提高发电效率）.金属冷却剂的材料主要是钠钾共晶合金（NaK）、钠（Na）以及锂（Li）.
另外,为了对核燃料消耗引起的反应速度降低进行补偿控制以及对反应堆的启动、停堆和运行进行控制,采用了转动式控制棒.在反应堆的外侧,沿圆周方向设置了十多个转动式控制棒,在转动式控制棒的局部,留有一部分扇形区,这些扇形区是中子吸收体,其余的部分是反射体.利用反射体的转动实现对核反应速度的控制.中子吸收体采用的是碳化硼（B4C）,反射体采用的则是氧化铍（BeO）.