[发明专利]外中子源驱动式核电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电池，特别涉及一种外中子源驱动式核电池。

背景技术

放射性同位素核电池是通过热电转换装置或电荷收集装置等将放射性同位素衰变放射出的高能粒子所携带的能量转换为电能的装置。发展较为成熟并得到广泛应用的放射性同位素核电池主要是放射性同位素温差核电池(RTG)。目前，放射性同位素温差核电池的类型主要有放射性同位素热源(RHU)，百瓦级放射性同位素核电池(MHW-RTG)，通用性放射性同位素核电池(GPHS-RTG)与多用途放射性同位素核电池(MMRTG)^[1～2]。但是由于放射性同位素核电池的原理性问题，以GPHS-RTG为例，其比功率最高仅0.5w/g，单位模块可输出热功率为62.5w。不进行原理性的改善，放射性同位素核电池的比功率与热功率输出难以有所提高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种外中子源驱动式核电池，在保持放射性同位素核电池的模块化优点的同时，进一步提高核电池的比功率与热功率输出。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种外中子源驱动式核电池，包括热源以及设置在热源外的热电转换装置5，所述热源包括置于热源中心处的中子源模块1，包裹在中子源模块1轴向外部的燃料内核2，包裹在燃料内核2轴向外部的铍反射层形成燃料容器3，包裹在燃料容器3外部的由石墨组成的石墨反射层模块4。

所述中子源模块1的材料为²⁵²Cf。

所述燃料内核2的材料为易裂变核素。

所述易裂变核素为²³⁵U富集度为100％的金属U燃料。

还包括包裹在石墨反射层模块4外部的金属层6。

所述金属层6的材料为铜、铝或镉。

所述的中子源模块1的半径为0.435cm；所述燃料内核2的内半径为0.435cm，外半径为1.38cm；所述铍反射层形成的燃料容器3内半径为1.38cm，外半径为2.18cm；所述石墨反射层模块4的长、宽、高分别为4.86cm、4.66cm和5.31cm；所述金属层6的长、宽、高分别为5.41cm、5.21cm和5.86cm。

所述的外中子源驱动式核电池用于航天器中。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明保持放射性同位素核电池几何尺寸小，模块化设计，高比功率与热功率输出等优点，进一步提高了核电池比功率与热功率。通过对燃料的挑选，²³⁵U富集度为100％金属U燃料下核电池比功率为9.6W/g，是放射性同位素核电池的16倍，热功率为37.1kW，是放射性同位素核电池13.3倍；在上述设计的基础上，在燃料内核外添加铍反射层，降低了中子泄漏率，从而进一步提高了核电池的比功率和热功率，此时比功率可达10.433W/g，热功率输出可达40.32kW，分别是放射性同位素核电池的18倍和14.45倍。通过上述设计外中子源驱动式核电池远远超过GPHS-RTG，而金属层的添加能够改善核电池的传热性能并增加了强度。由于外中子源驱动式核电池模块化的设计，可以进一步对不同富集度下不同燃料进行优选以及模块单元的添加与删减将进一步提高核电池的比功率与热功率输出，从而提高或减小核电池的热功率，以满足不同航天器的不同的电源需求。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例2结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例一种外中子源驱动式核电池，包括热源以及设置在热源外的热电转换装置5，所述热源包括置于热源中心处的中子源模块1，包裹在中子源模块1轴向外部的燃料内核2，包裹在燃料内核2轴向外部的铍反射层形成燃料容器3，包裹在燃料容器3外部的由石墨组成的石墨反射层模块4。

优选的，所述中子源模块1的材料为²⁵²Cf。

优选的，所述燃料内核2的材料为易裂变核素，如²³⁵U富集度为100％的金属U燃料。

优选的，所述的中子源模块1的半径为0.435cm；所述燃料内核2的内半径为0.435cm，外半径为1.38cm；所述铍反射层形成的燃料容器3内半径为1.38cm，外半径为2.18cm；所述石墨反射层模块4的长、宽、高分别为4.86cm、4.66cm和5.31cm。