[发明专利]一种通用型同位素热源的电加热模拟热源

说明书

本发明公开了一种通用型同位素热源的电加热模拟热源，包括发热体、电绝缘层、密封层、冲击缓冲层、隔热保温层、大气烧蚀层、装载通道、供电引线通道、集线端、补强板、补强板螺钉、测温热电偶、测温热电偶引线通道；本发明的电加热模拟热源根据美国通用型热源（GPHS）的性能参数进行研制，可用于同位素电源系统非核单元试验测试，同时保证了核安全性和测试结果有效性；本发明克服了现有的电加热模拟热源与真实同位素热源在内部结构、热分布和温度分布等方面与真实同位素热源的等效性较差的问题，填补了国内空白，为我国大功率同位素电源研制奠定了技术基础。

技术领域

本发明涉及工程热物理领域，具体涉及一种通用型同位素热源的电加热模拟热源。

背景技术

放射性同位素电源系统（Radioisotope Power System, RPS）是一种把同位素衰变热能转换为电能的系统。当前，所有基于静态热电转换原理（温差发电）的系统统称为放射性同位素热电发生器（Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG）。在学术交流和项目实施中，我国通常统一把这类装置简称为同位素电源，又称核电源。同位素电源（热源）具有体积小、比功率高、使用寿命长、环境适用性强、可靠性高等特点，适用于深空、深海、偏远陆地等特殊应用场景，具有不可替代的作用。

同位素电源不依赖太阳光，抗辐射能力强，是深空探测任务的理想电源（文献1[叶培建，彭兢. 深空探测与我国深空探测展望. 中国工程科学，2006，8(10): 13-18]和文献2[康海波. 同位素电源系统研究进展. 电源技术，2011，35(8): 1031-1033]）。美国宇航局（NASA）自20世纪60年代至今，已经开展了多次深空探测任务，主要配备了三种型号的同位素电源，分别为MWH-RTG、GPHS-RTG和MMRTG，供电功率均大于百瓦，使用寿命大于15年（文献3[王廷兰. 深空探测用同位素电源的研究进展. 电源技术，2015，39(7): 1576-1579]）。

通用型热源（General Purpose Heat Source, GPHS）是一种采用“模块化”设计的标准同位素热源。一方面，GPHS具有极高的核安全性，发射事故条件下可实现同位素燃料完整回收；另一方面，GPHS具有良好的通用性、多功能性和堆叠性，可与现有多种热电转换系统适配。基于GPHS的同位素电源（GPHS-RTG）已经服役于伽利略号（Galileo[1989]）、尤利西斯号（Ulysses[1990]）、卡西尼号（Cassini[1997]）和新地平线号（NewHorizons[2006]），为任务的顺利完成发挥了至关重要作用（文献4[Space and defense power systems ten-year strategic plan, INL/MIS-13-29522, SDPS-001-0, 2013, prepared by INLRadioisotope Power Systems Technical Integration Office for DOE Office ofNuclear Energy NE-75]）。GPHS已成功服役空间任务近三十年，证明其具有极高的可靠性和安全性。

在同位素电源研发过程中，采用电加热模拟热源替代同位素热源开展非核试验测试系统性能，可同时保障测试数据有效性和核安全性。美国在GPHS电加热模拟热源研发方面开展了大量工作，主要包括单个GPHS模拟热源和GPHS阵列模拟热源。

综合而言，现有的电加热模拟热源与真实同位素热源在内部结构、热分布和温度分布等方面与真实同位素热源的等效性较差。针对上述问题，为满足我国深空探测任务在同位素电源研制、测试过程中对电加热模拟热源的等效性需求，尽可能保持与真实同位素热源各项特性一致，满足同位素电源系统非核单元等效性测试与验证的需求，研发一种具有高等效性的电加热模拟热源势在必行，以解决现有技术中存在的电加热模拟热源与真实同位素热源的等效性较差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种与真实同位素热源内部结构、热分布和温度分布均高度等效的通用型同位素热源的电加热模拟热源，后简称“模拟热源”。