热离子转换器中添加氧的研究 被引量：2

1

作者 马茹 郑剑平 +2 位作者 赵守智 钟武烨 丁硕 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期24-29,共6页

添加并控制电极间隙内氧的含量对提高热离子转换器(TIC)的能量转换效率和功率密度具有关键作用,因此本文针对TIC中氧的不同添加途径及其对转换性能的影响进行系统研究。吸附氧后的电极在吸附Cs后的功函数较单吸附Cs更低,从而提高了TIC... 添加并控制电极间隙内氧的含量对提高热离子转换器(TIC)的能量转换效率和功率密度具有关键作用,因此本文针对TIC中氧的不同添加途径及其对转换性能的影响进行系统研究。吸附氧后的电极在吸附Cs后的功函数较单吸附Cs更低,从而提高了TIC的输出功率密度和转换效率。TIC中氧的添加途径主要有两种:一是利用蒸气源添加,即直接将氧或氧化物以气态的形式添加至电极间隙内;二是利用接收极添加,即通过释放接收极上氧化物的氧或活性过渡金属材料内溶解的氧为电极间隙内供氧。对比分析认为,采用活性金属作为接收极能得到性能更优异、可靠性更高、寿命更长的TIC,因此选择或设计一种新型的接收极材料可作为含氧TIC的一个发展方向。 展开更多

关键词 热离子转换器 转换效率 含氧接收极 过渡金属

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热离子能量转换器中电极有效功函数的间接测量方法

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作者 金睿 钟武烨 +3 位作者 雷华桢 马茹 齐立君 韩永超 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第8期1661-1669,共9页

常规的功函数测试方法很难直接测出高温Cs环境下的电极材料的功函数,已有的计算吸Cs功函数的经验公式对新型电极材料的适用性尚未得到验证,且测量吸Cs功函数时电极并非处于发电状态下的电弧工况,因此亟需建立相关的实验方法对电极材料... 常规的功函数测试方法很难直接测出高温Cs环境下的电极材料的功函数,已有的计算吸Cs功函数的经验公式对新型电极材料的适用性尚未得到验证,且测量吸Cs功函数时电极并非处于发电状态下的电弧工况,因此亟需建立相关的实验方法对电极材料服役环境下的有效功函数进行评价。基于热离子能量转换中电极间电子流的能量平衡方程,结合热电转换过程中近电极区域的独立电特性,分别建立了发射极和接收极的有效功函数的间接测量方法。应用此方法获得了W发射极和Ni接收极在特定运行工况下的有效功函数,将其与文献中材料的吸Cs功函数进行比较分析。结果表明,W发射极和Ni接收极的有效功函数与文献报道的吸Cs功函数的平均相对误差分别为5.74%和3.86%,且电极有效功函数的间接测量结果与热离子能量转换的发电特性自洽相符,这是此前吸Cs功函数相关的测量结果所不能体现的。 展开更多

关键词 热离子能量转换 功函数 伏安特性曲线

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平板型电极对热离子能量转换特性的测试技术研究 被引量：1

3

作者 马茹 金睿 +3 位作者 么斯雨 任思琪 齐立君 钟武烨 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期887-895,共9页

为开展热离子能量转换器基础性能数据的研究,基于平板型电极热离子能量转换基础试验装置建立了针对电极对热电转换特性的测试技术,通过开展W-Mo电极对的热离子发电测试,对所建立的测试技术进行了验证及评价,并分析了热离子发电参数对输... 为开展热离子能量转换器基础性能数据的研究,基于平板型电极热离子能量转换基础试验装置建立了针对电极对热电转换特性的测试技术,通过开展W-Mo电极对的热离子发电测试,对所建立的测试技术进行了验证及评价,并分析了热离子发电参数对输出特性的影响规律。结果表明:所建立的测试技术可准确测量发射极有效功函数值;利用热离子基础试验装置测得的W-Mo电极对的最大输出功率密度为5.6 W/cm^(2),对应的发电参数为发射极温度1800 K,铯壶温度577 K,输出电压0.7 V。 展开更多

关键词 热离子能量转换 测试技术 平板型电极 发射极 输出功率密度

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热离子能量转换器铯电弧工况下电子势能的分布特性 被引量：3

4

作者 钟武烨 吕征 +1 位作者 郑剑平 杨启法 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2223-2232,共10页

为阐明热离子能量转换器铯电弧工况下电子势能分布的特征,基于动理学方法建立了电极间隙低温弱电离等离子体的输运方程,将等离子体鞘层处理为输运的边界条件。采用牛顿迭代法编制了计算程序,实现了等离子体输运方程与边界条件的自适应... 为阐明热离子能量转换器铯电弧工况下电子势能分布的特征,基于动理学方法建立了电极间隙低温弱电离等离子体的输运方程,将等离子体鞘层处理为输运的边界条件。采用牛顿迭代法编制了计算程序,实现了等离子体输运方程与边界条件的自适应解耦求解。研究发现,采用输运理论获得的伏安特性与实验符合较好,随着输出电流密度的增大,发射极鞘层的电子势能跃变产生了由非单调到单调的变化,同时接收极鞘层的电子势能发生跃变方向的改变。 展开更多

关键词 热离子能量转换 电弧工况 电子势能分布

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空间热离子能量转换技术发展综述 被引量：14

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作者 钟武烨 赵守智 +2 位作者 郑剑平 吕征 解家春 《深空探测学报》 2020年第1期47-60,共14页

空间核反应堆电源是未来空间任务大功率、长寿命能源需求的有力保障,热离子能量转换技术是空间热离子反应堆电源的关键技术之一。概述了空间热离子反应堆电源的总体构造及工作原理,从热离子能量转换的原理、热离子发电元件的类型及其特... 空间核反应堆电源是未来空间任务大功率、长寿命能源需求的有力保障,热离子能量转换技术是空间热离子反应堆电源的关键技术之一。概述了空间热离子反应堆电源的总体构造及工作原理,从热离子能量转换的原理、热离子发电元件的类型及其特点、电极材料、试验装置等方面综述了热离子转换技术的发展现状、存在的问题及发展趋势。 展开更多

关键词 空间核反应堆电源 热离子能量转换 电极材料 试验装置

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热离子能量转换器扩散工况的电流饱和特性

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作者 钟武烨 吕征 +1 位作者 郑剑平 杨启法 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期125-131,共7页

为阐明热离子能量转换器扩散工况下的饱和电流存在条件及其机理,通过修正电弧工况低温等离子体输运方程的电离项,建立了适用于扩散工况的输运方程,并依据发射离子裕度选择鞘层边界条件。基于牛顿迭代法实现了模型的数值求解,结果表明,... 为阐明热离子能量转换器扩散工况下的饱和电流存在条件及其机理,通过修正电弧工况低温等离子体输运方程的电离项,建立了适用于扩散工况的输运方程,并依据发射离子裕度选择鞘层边界条件。基于牛顿迭代法实现了模型的数值求解,结果表明,采用输运理论获得的伏安特性与实验值符合较好,饱和电流的存在性可根据热发射的中和状态来判定,分析发射极鞘层电子势能分布可阐述其机理;接收极鞘层的电子势能分布随输出电流的增大发生跃变方向的改变,并不影响饱和电流的存在性。 展开更多

关键词 热离子能量转换 扩散工况 饱和电流

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单节热离子燃料元件燃料质量迁移及其对元件性能影响

7

作者 雷华桢 钟武烨 +1 位作者 姜玮 赵振华 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1592-1605,共14页

单节热离子燃料元件结构紧凑,能够实现静态热电转换,但运行温度高,燃料发生质量迁移,影响燃料元件性能。针对单节热离子燃料元件几何特点建立燃料质量迁移模型和热电转换模型,开发单节热离子燃料元件稳态性能分析程序,将计算结果与中国... 单节热离子燃料元件结构紧凑,能够实现静态热电转换,但运行温度高,燃料发生质量迁移,影响燃料元件性能。针对单节热离子燃料元件几何特点建立燃料质量迁移模型和热电转换模型,开发单节热离子燃料元件稳态性能分析程序,将计算结果与中国原子能科学研究院堆内试验数据对比验证后,开展了单节热离子燃料元件稳态性能分析。研究发现燃料轴向质量迁移使燃料元件功率发生轴向再分布,从而展平轴向温度分布,使热电转换效率发生小幅下降。燃料元件运行功率越高,中心孔道初始直径越小,中心孔道堵塞风险越高。径向质量迁移使燃料芯块和发射极在运行早期即发生接触,发射极在接触下发生蠕变,蠕变量受燃料芯块轴向质量迁移影响。 展开更多

关键词 单节热离子燃料元件 燃料质量迁移 热离子转换 发射极变形

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过渡金属含氧涂层的制备工艺及性能分析

8

作者 马茹 钟武烨 +3 位作者 金睿 任思琪 么斯雨 齐立君 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第3期683-690,共8页

为获得低功函数接收极材料,利用磁控溅射沉积技术在过渡金属Mo、Nb和Ni表面制备了多组含氧涂层。对涂层内氧含量的控制进行了计算分析,并利用扫描电镜和俄歇系统对涂层进行了测试表征,同时采用紫外光电子能谱法对涂层表面进行了功函数... 为获得低功函数接收极材料,利用磁控溅射沉积技术在过渡金属Mo、Nb和Ni表面制备了多组含氧涂层。对涂层内氧含量的控制进行了计算分析,并利用扫描电镜和俄歇系统对涂层进行了测试表征,同时采用紫外光电子能谱法对涂层表面进行了功函数测试。结果表明:采用磁控溅射技术所制备的涂层氧含量均匀、光滑致密、结合强度较高;对同一金属,通过控制O2/Ar流量比能改变涂层内的氧含量;而对不同的金属,若要获得相同氧含量,则越易与氧反应,沉积过程中O2/Ar流量比取值越低;过渡金属表面的功函数值吸附氧后增加,吸附铯后降低,同时吸附氧和铯后,进一步降低;其中,Mo含氧涂层的吸铯功函数值降至约1.3 eV,Nb含氧涂层降至约1.4 eV,Ni含氧涂层降至1.6 eV。 展开更多

关键词 过渡金属 热离子转换器接收极 磁控溅射 含氧涂层 功函数

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基于RESYS程序的TOPAZ-Ⅱ反应堆系统模拟

9

作者 吴宗芸 祁琳 +3 位作者 吴明宇 李杨柳 杨宏伟 刘天才 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期112-124,共13页

本文使用C++语言开发了面向先进核反应堆的通用反应堆系统分析程序RESYS,在该程序的基础上建立了热离子核反应堆电源TOPAZ-Ⅱ的模型,并对其启动瞬态和稳态工况进行了模拟。建立的TOPAZ-Ⅱ反应堆系统模型包括反应堆堆芯热工模型、热离子... 本文使用C++语言开发了面向先进核反应堆的通用反应堆系统分析程序RESYS,在该程序的基础上建立了热离子核反应堆电源TOPAZ-Ⅱ的模型,并对其启动瞬态和稳态工况进行了模拟。建立的TOPAZ-Ⅱ反应堆系统模型包括反应堆堆芯热工模型、热离子静态热电转换系统模型、热排放辐射散热器模型。铯热离子转换器电流密度使用Rasor模型,并使用6组缓发中子点堆动力学模型计算反应堆堆芯裂变功率随时间的变化,考虑各结构部件对反应性的影响。计算得到的稳态电功率输出与TITAM程序的计算结果较为一致,反应堆系统热电转换效率为5.04%。计算结果验证了所开发的RESYS程序以及建立的TOPAZ-Ⅱ系统模型的正确性。 展开更多

关键词 TOPAZ-Ⅱ反应堆 反应堆系统分析 RESYS程序 热离子热电转换

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空间核反应堆电源研究和应用 被引量：24

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作者 杨启法 卢浩琳 《航天器工程》 1995年第4期11-20,共10页

对世界各国在空间核电源,特别是空间热离子反应堆的研究和应用状况、空间核反应堆电源的基本原理及各种空间核反应堆电源的特点作了简要介绍,并就我国今后空间热离子反应堆的研究和发展提点看法。

关键词 航天 空间核反应堆 电源 热离子转换

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单晶钨高温长期服役下的显微组织演变行为 被引量：1

11

作者 黄洪涛 郑剑平 +3 位作者 魏永峰 陈圣杰 王振东 谭成文 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S1期528-534,共7页

本文利用电子背散射衍射技术(EBSD)以及金相显微技术研究了热离子能量转换器发射极表面单晶钨涂层高温下服役1 000h的显微组织演变行为。研究结果表明,化学蚀刻后单晶钨涂层的蚀刻形貌与晶面指数具有一一对应关系,{110}晶面表面为平行... 本文利用电子背散射衍射技术(EBSD)以及金相显微技术研究了热离子能量转换器发射极表面单晶钨涂层高温下服役1 000h的显微组织演变行为。研究结果表明,化学蚀刻后单晶钨涂层的蚀刻形貌与晶面指数具有一一对应关系,{110}晶面表面为平行排列的台阶结构,{112}晶面表面为较为规则的立方体形,且层层相叠。服役后发射极单晶钨涂层表面蚀刻形貌沿轴向存在不均匀现象,与中间部分相比,端部蚀刻形貌保持相对完整。在发射极单晶钨涂层表面观察到小晶粒带,小晶粒平均尺寸约为200μm。也出现一些棱角不太分明没有完全突出且尺寸较小的亚晶,小晶粒尺寸比亚晶尺寸大。小晶粒表面指数并不是唯一的,没有明显的择优取向,但小晶粒和基体的取向差角均小于30°。 展开更多

关键词 单晶钨 热离子能量转换器 EBSD 蚀刻形貌

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