空间核能源应用的安全性设计、分析和评价

针对核动力航天器应用中的安全性问题,调研了国际上涉及空间核安全的规章制度,并结合美国和俄罗斯在空间核安全设计、分析、评价等方面的成功经验和做法,提炼出了在空间核安全设计、管理等方面的有关要点,可以用于指导国内空间核动力航天器的研发和应用。     

基于“嫦娥三号”放射性载荷的总装防护设计与实施

“嫦娥三号”月球探测器安装有放射性载荷,因此需要在总装过程中进行有针对性的防护,以尽量降低操作人员可能受到的辐射危害。文章在分析各工作平台辐射剂量率的基础上,结合一般防护方法,提出了基于操作时间控制、操作距离限定以及屏蔽防护选择3项基本控制要素的核辐射环境中的操作防护设计方案。经地面模拟演练的验证及塔架上最终实施结果比对,证明防护方案设计合理可行,操作人员受到的累积辐射剂量处于预期值范围内的较低水平。     

核动力航天器总体设计研究

研制核动力航天器是最有希望实现更远深空探测的可靠技术途径。针对目前国内在核动力航天器总体设计方面存在研制规范欠缺、研制经验空白的形势,借鉴国外研制核动力航天器的成功经验,结合现有标准规范、一般航天器总体设计方法,提出了研制核动力航天器时,对工程总体、航天器总体进行设计的要点。特别是,针对空间核动力源及其安全防护,从核动力源设计、核安全设计两个方面,提出了关注要点和解决措施。本文的研究工作可以用于指导空间核动力航天器的研发和应用。     

核动力深空探测器现状及发展研究

深空探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器,均利用的同位素核源衰变能,包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电。研究中的深空探测核动力应用包括月球基地、载人火星飞行、无人探测、使用核反应堆裂变能等。空间裂变电源的反应堆包括液态金属冷却堆和气冷堆两种方式,前者支持温差、斯特林和布雷顿发电,后者支持布雷顿和磁流体发电。近期开始探索研究核聚变深空探测器。纵观核动力深空探测器的发展历程,同位素电源依然在深空探测中发挥着重要作用,大功率空间核电源结合电推进将成为未来深空探测的重要关注方向。     

空间核动力在深空探测中的应用及发展综述

在概要介绍空间核动力发展历程的基础上,总结了同位素热/电源、核反应堆电源、核推进在深空探测领域的应用情况和相关发展情况,并讨论了空间核动力的安全问题。对未来空间核动力在深空探测中应用面临的技术问题进行了展望。     

核磁共振陀螺原子核自旋进动的建模与仿真

针对87Rb-129Xe核磁共振陀螺中原子核的自旋进动,基于核磁共振Bloch方程,给出了Xe原子核自旋进动模型,详细分析了横向激励磁场的相位和幅值对Xe原子宏观磁矩进动的影响,以及实现稳态进动的条件。建立了Xe原子宏观磁矩进动的仿真模型,对激励磁场反馈控制、陀螺角位移信号相位解调进行了仿真。分析和仿真结果表明,当载体系旋转时,陀螺角位移线性调制Xe原子宏观磁矩水平分量的进动相位,为了维持磁共振,横向激励磁场相位应与宏观磁矩y向分量的进动相位保持一致;模型能够准确地实现对陀螺载体坐标系旋转位移的观测。     

电化学过程中的局域核反应及动态Casimir效应

通过CR-39固体径迹探测器、钯阴极的辐射自照相等方法观察到了电解过程中的局域核反应.综合国内外相关研究数据,认为电解过程中,电极尖端处出现的动态Casimir效应,及涡漩运动与零点能相干效应而提取真空能,是电化学异常放热的来源,少量具有滞后和积累效应的、高度定向的极化核反应,可以用具有轴向高能宇宙射线的类星体涡旋模型加以解释.讨论了真空零点电磁涨落和挠场理论,及有关实验现象.利用推出的类星体涡旋模型理论,可以对自然界和实验室中出现的许多异常现象进行解释.      

基于BP神经网络的核事故多核素源项反演方法

核事故发生后,为快速评估事故严重程度,需要对源项释放率进行估算。本文选取I-131,Cs-137,Xe-133和Kr-85四种核素的释放率为目标信号,利用Matlab建立基于BP神经网络的核事故四核素源项反演模型。计算结果表明,在单隐层节点数为5~60范围内,训练均方差 随节点数增加先减小后增大,在节点数为25时达到最小值41.1%。学习速率在0.01~0.2范围内时,增大学习率可减小训练均方差与各核素相对误差。对单隐层节点数为25,学习速率为0.2的训练结果进行测试,4种核素的源项估计相对误差分别为56.7%,49.1%,92.4%和92.0%。     

基于氢化镁的核电/核热双模共质空间核动力技术

针对未来空间任务对能源和动力日益提高的需求,提出了基于氢化镁的核电核热双模共质空间核动力技术。该技术以一种储氢密度高、热稳定性较好,能够以常温常压储存的氢化镁作为工质,通过核能加热后氢化镁分解成为核热推进可用的高压氢气和电推进可用的单质镁,并结合高效动态热电转换系统,形成大功率核电源、大功率超高比冲核电推进、高比冲氢气核热推进以及大推力镁核热推进多种工作模式。基于氢化镁的多模共质空间核动力技术解决了低温推进剂、气态工质在空间应用时的存储安全性和存储密度低的问题,其具备的多种工作模式能够针对不同任务需求提供相应的能源或者动力输出,提高核动力飞行器任务能力。     

空间核电源电力系统功率因数校正技术的研究

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,通过采用基于空间核电源系统的功率因数校正技术来滤除和抑制由发电机产生的谐波,从而提高系统的用电效率。提出一种新型Boost PFC拓扑结构,首先分析变换器的工作原理,之后对工作在连续电流导通模式下的Boost变换器进行建模分析。通过对变换器双环控制中的电压环和电流环进行理论设计和数学推导,从而确定控制环路参数。采用PLECS仿真软件对变换器的控制策略和系统的动态响应进行验证,并实现输入电流对输入电压的零相位正弦化追踪。