熔鹽冷卻空間堆的初步中子學設計

李 婷 莊 坤 尚 文 湯曉斌

（南京航空航天大學材料科學與技術學院 南京 211106）

隨著航天技術的發展，深空探測任務中對空間電源的要求越來越高，傳統太陽能和化學燃料電池無論在功率密度、體積以及在光照條件不足的深空區域的適用性方面都受到一定限制，而空間核反應堆（Space Nuclear Reactor，SNR）作為一種空間電源具有傳統電源無法比擬的優勢而受到廣泛關注。1970年代以來，美國和前蘇聯都對空間堆作了深入研究，擁有豐富設計經驗和技術基礎［1-2］。近年來，我國空間堆的研究工作已提上日程，在“十三五”計劃中明確指出發展核動力［3］。

空間核反應堆設計準則非常強調：盡量長的壽命、盡可能小的反應堆體積與質量、盡量大的剩余反應性［2］。目前國內外關于SNR的設計大多基于液態金屬冷卻、氣冷或熱管冷卻方式，其在長壽命、小型化方面存在限制。隨著第四代核能系統熔鹽堆的發展［4］，熔鹽冷卻成為一種新的冷卻方式，它可以溶解裂變材料并同時充當冷卻劑，這對SNR的設計提供了新思路。雖然目前關于熔鹽空間堆的參考文獻還不是很多，但前期已經積累了大量熔鹽堆的研究基礎（核飛機實驗ANP、熔鹽堆實驗），也可以為熔鹽堆在空間堆中的應用提供參考。2002年，美國阿拉巴馬大學亨茨維爾分校（UAH）推進技術研究中心提出熔鹽堆在空間堆中應用的可行性［5］。俄亥俄州立大學的NASA Steckler Space Grant項目中熔鹽空間堆［6］應用的初步研究表明，熔鹽空間堆可以設計為緊湊型反應堆，且具有高功率密度、高燃耗深度和高熱電轉換效率等優點，近年來，東京都市大學提出了10年運行壽命、輸出電功率8 kW的熱管冷卻熔鹽空間堆［7］，實現了比功率大于16 W·kg-1。……