[發明專利]一種核脈沖電源及運行方法

有效

• 申請號: 201810614609.6
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108806813B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 李正宏;李兵;胡永波;范曉強;唐建;郭海兵;馬紀敏
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: G21D1/02
• 分類號: G21D1/02
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

1.一種核脈沖電源，其特征在于，包括基于薄膜型燃料的脈沖核反應堆（1）、氣體工質電離噴射系統（2）、脈沖磁流體發電機（3）、工質循環及余熱排放系統、和屏蔽運載控制裝置（5）；所述脈沖核反應堆（1）通過氣體工質電離噴射系統（2）連接至脈沖磁流體發電機（3），所述工質循環及余熱排放系統連接脈沖核反應堆（1）和脈沖磁流體發電機（3）與外部構成循環結構；

所述脈沖核反應堆（1），在啟動后形成毫秒至秒量級時間寬度的核功率脈沖，釋放千兆焦耳以上的裂變能；

所述氣體工質電離噴射系統（2），接收脈沖核反應堆（1）輸出的裂變能，依靠銫電離種子的作用使氣體工質達到高電導率的高溫等離子體狀態，通過噴管（21）將工質氣體加速后進入脈沖磁流體發電機（3）切割磁力線發電；

所述脈沖磁流體發電機（3），將工質氣體的動能和內能轉化為電能輸出；脈沖電磁體在外部電流激勵下產生瞬時強磁場，等離子體狀態的工質氣體在發電通道中快速流動，切割磁力線并通過法拉第效應在垂直于運動方向和磁場的方向上產生感應電動勢，在此方向的正負電極上連接外負載形成電流回路，輸出能量達百兆焦量級的電脈沖；

所述工質循環及余熱排放系統，通過非能動的方式將噴射的工質氣體再循環注入到脈沖核反應堆（1）內部，同時將沒有轉化為電能的熱量以非能動的方式散發到環境中，將核脈沖電源的狀態恢復到脈沖爆發之前的條件，為下一發脈沖的爆發做準備；所述工質循環及余熱排放系統包括氣體收集罐（41）、氣體循環管路（42）、熱交換器（43）、冷卻水排放管路（44）、散熱片和冷卻水循環管路（45）；所述脈沖核反應堆（1）包括水箱（11）；所述氣體收集罐（41），設置在脈沖磁流體發電機（3）后端，收集發電后的工質氣體；所述氣體收集罐（41）連接至熱交換器（43）散熱側，所述熱交換器（43）散熱側出口通過氣體循環管路（42）連接至所述脈沖核反應堆（1）的水箱（11）；所述水箱（11）通過冷卻水排放管路（44）連接至熱交換器（43）吸熱側，所述熱交換器（43）吸熱側出口通過冷卻水循環管路（45）連接至散熱片；同時，所述散熱片設置在水箱（11）頂部，散熱片通過冷卻水循環管路（45）回流進入水箱（11）；

所述屏蔽運載控制裝置（5），用于運載核脈沖電源，并屏蔽核脈沖電源。

2.根據權利要求1所述的一種核脈沖電源，其特征在于，所述脈沖核反應堆（1）還包括置于水箱（11）內的多個堆芯模塊（12），所述脈沖磁流體發電機（3）包括多個發電通道；每個堆芯模塊（12）的工質出口端均通過自身的氣體工質電離噴射系統（2）與脈沖磁流體發電機（3）中單獨的發電通道相連接。

3.根據權利要求2所述的一種核脈沖電源，其特征在于，所述堆芯模塊（12）包括多個燃料元件，所述燃料元件包括充裝有冷卻水并連通水箱（11）的盲孔，所述燃料元件之間構成氣體工質的堆芯內加熱電離通道。

4.根據權利要求3所述的一種核脈沖電源，其特征在于，所述氣體工質電離噴射系統（2）包括銫電離種子注入部件、堆芯內加熱電離通道和噴管（21）；通過銫電離種子注入部件向由堆芯內的加熱電離通道噴出的工質氣體中充入銫電離種子，依靠銫電離種子的作用使氣體工質達到高電導率的高溫等離子體狀態；并通過噴管（21）加速工質氣體到高速后進入脈沖磁流體發電機（3）切割磁力線發電；所述噴管（21）為拉瓦爾噴管。

5.根據權利要求4所述的一種核脈沖電源，其特征在于，所述脈沖磁流體發電機（3）包括柱形殼體（31）和至少一個發電通道組件（32），所述發電通道組件（32）軸向均勻分布在所述柱形殼體（31）內，每個所述發電通道組件（32）與每個脈沖核反應堆 堆芯模塊（12）的輸出端相連接；

所述發電通道組件（32）包括柱體內芯（321）和磁體線圈（322），所述磁體線圈（322）套于柱體內芯（321）外圍。