模块化千瓦级锶-90同位素热源装置的制作方法

本申请属于同位素热源，尤其涉及模块化千瓦级锶-90同位素热源装置。

背景技术：

1、放射性同位素热源是一种将同位素衰变过程中产生的热能转换成电能的系统，锶-90同位素热源作为长寿命、生存能力强的电力供应系统，特别是大功率锶-90同位素热源在航天及深海等极端环境具有使用需求，具有重要的战略意义。

2、相关技术中，尚无千瓦级锶-90同位素热源产品，也不具相应的研制工艺。目前亟需解决的是大功率锶-90同位素热源设计，锶-90具有强放射性，而如何降低操作过程的辐射剂量是90sr同位素热源设计需要解决的关键难点之一。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，可以解决相关技术中，降低操作过程的辐射剂量的技术问题。

2、本申请实施例提供了一种模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，包括：

3、热源模块，热源模块包括燃料芯块以及包裹于燃料芯块表面的密封层，燃料芯块为陶瓷化的氟化锶；

4、集热体，集热体具有容纳腔，六个热源模块堆叠于容纳腔内，集热体的材料为铀钼合金。

5、本申请实施例提供的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，通过使用陶瓷化的氟化锶作为燃料芯块，并在其表面包裹密封层，可以有效地控制锶-90的辐射剂量，降低操作过程中的辐射风险；通过采用模块化设计，每个热源模块都包含一个燃料芯块和密封层，六个热源模块堆叠于集热体的容纳腔内，可以实现千瓦级的功率输出，满足大功率锶-90同位素热源的需求，且有利于建立同位素热源标准化的研制流程，使得每个热源模块相对独立，可以有效减少辐射剂量，降低操作难度；模块化设计使得装置结构紧凑，并且可以根据实际需求进行灵活组装和调整，也方便了维护和更换；集热体采用铀钼合金材料，具有良好的导热性能和耐高温性能，可以有效地收集和传导燃料芯块释放的热能，提高热效率，且集热体能够屏蔽锶-90衰变产生的辐射，降低使用过程中的辐射剂量。

6、在一些实施例中，六个热源模块的堆叠方式为上下两层，每层各三个。

7、本实施例中，将六个热源模块以上下两层的方式堆叠，每层各三个模块，可以使整个装置的结构更加紧凑，占用空间较小，可以有效地节省空间资源；

8、通过堆叠多个热源模块，每个模块都能独立地释放热能，上下两层各三个模块的堆叠方式可以将多个热源模块的功率输出叠加，从而获得更高的总功率输出，有助于提高大功率锶-90同位素热源的功率输出；堆叠热源模块可以增加热源模块与集热体之间的接触面积，从而增强热量的传导和散热效果，有助于提高热效率，确保热能能够有效地被收集和利用。

9、在一些实施例中，燃料芯块的外部结构为圆柱，圆柱的直径为66mm，圆柱的高度为98mm。

10、通过采用上述技术方案，圆柱形外部结构具有较高的结构稳定性，能够支撑和保护内部燃料芯块，同时圆柱形状有助于分散外部应力，并提供均匀的支撑力，从而增强燃料芯块的结构强度和稳定性；另外，由于圆柱形状的对称性，燃料芯块的外表面积相对较大，有利于热量的散发和传导，可以实现均匀散热，有助于提高燃料芯块的散热效果，避免过热引起的问题，并保持核反应的稳定性；已确定的圆柱尺寸生产燃料芯块，有助于生产线的高效运作和装配的准确性。

11、在一些实施例中，集热体的外部结构为正六边形柱，正六边形柱的边长为143.3mm，正六边形柱的高度为308mm，正六边形柱开设有三个圆柱容纳腔，圆柱容纳腔的直径为77mm，孔深为228mm，每个圆柱容纳腔放置两个热源模块。

12、通过采用上述技术方案，正六边形柱的外部结构具有良好的结构稳定性，能够提供均匀的支撑力，从而有效保护集热体和热源模块；同时，正六边形形状的各个面能够均匀分散外部应力，增强整体结构的耐久性和稳定性。圆柱容纳腔的直径为77mm，孔深为228mm，能够容纳较大尺寸的热源模块，有助于提供更大的热量容纳空间，使集热体能够处理更高功率的热源模块，满足高功率需求。

13、在一些实施例中，集热体包括集热主体和集热栓盖，集热栓盖盖设于集热主体，且集热栓盖与集热主体通过螺栓紧固连接。

14、本实施例中，集热栓盖的盖设能够有效保护集热主体内部零部件不受外界环境的影响，螺栓紧固连接的设计能够增强集热栓盖与集热主体之间的连接强度，防止因震动或其它原因导致集热栓盖脱落或移动，增强集热体的安全性；集热栓盖与集热主体之间通过螺栓紧固连接，方便用户对内部部件进行维护和更换。用户只需要拆卸集热栓盖，就可以轻松地进入集热主体内部进行维修或更换。

15、在一些实施例中，集热体的外表面喷涂抗氧化涂层。

16、本实施例中，喷涂抗氧化涂层能够有效地防止集热体外表面在高温环境下受到氧化的影响，有助于延长集热体的使用寿命，减少维护和更换的频率；抗氧化涂层具有良好的热导性能，可以提高集热体的热传导效率。

17、在一些实施例中，密封层包括密封内层和密封外层，密封内层包裹于燃料芯块的表面，密封外层包裹于密封内层的表面，密封内层用于密封燃料芯块，密封外层用于支撑燃料芯块。

18、本实施例中，密封内层包裹于燃料芯块的表面，能够有效地密封燃料芯块，防止燃料芯块内部的燃料泄露，有助于提高核反应堆的安全性和可靠性；密封外层包裹于密封内层的表面，能够有效地支撑燃料芯块，在燃料芯块受到压力时起到保护作用，同时，密封外层还可以提高燃料芯块的稳定性和耐久性，延长其使用寿命。

19、在一些实施例中，密封内层的材料为304不锈钢，密封内层的厚度为1.5mm，密封外层的材料为哈氏合金钢，密封外层的厚度为4mm。

20、本实施例中，304不锈钢具有良好的密封性能和耐腐蚀性，能够有效地密封燃料芯块，防止燃料泄露，密封内层采用1.5mm的厚度，可以提供足够的厚度来确保良好的密封性能；密封外层采用4mm的厚度，能够提供足够的强度和刚性，以支撑燃料芯块，并保护其免受外部应力和挤压的影响。

21、在一些实施例中，热源模块的热功率范围为250瓦至400瓦，热源装置的热功率范围为1500瓦至4000瓦。

22、本实施例中，热源模块的热功率范围为250瓦至400瓦，通过模块化设计，热源装置的热功率范围可以达到1500瓦至4000瓦，通过提供不同功率范围的热源模块和热源装置，可以满足各种热管理需求。用户可以根据实际情况配置合适的热源模块或热源装置，以满足其设备或系统对热量的需求，并实现更高的能效和性能。

技术特征：

1.一种模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，六个所述热源模块的堆叠方式为上下两层，每层各三个。

3.根据权利要求2所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述燃料芯块的外部结构为圆柱，所述圆柱的直径为66mm，所述圆柱的高度为98mm。

4.根据权利要求3所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述集热体的外部结构为正六边形柱，所述正六边形柱的边长为143.3mm，所述正六边形柱的高度为308mm，所述正六边形柱开设有三个圆柱容纳腔，所述圆柱容纳腔的直径为77mm，孔深为228mm，每个所述圆柱容纳腔放置两个所述热源模块。

5.根据权利要求4所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述集热体包括集热主体和集热栓盖，所述集热栓盖盖设于所述集热主体，且所述集热栓盖与所述集热主体通过螺栓紧固连接。

6.根据权利要求5所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述集热体的外表面喷涂抗氧化涂层。

7.根据权利要求3所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述密封层包括密封内层和密封外层，所述密封内层包裹于所述燃料芯块的表面，所述密封外层包裹于所述密封内层的表面，所述密封内层用于密封所述燃料芯块，所述密封外层用于支撑所述燃料芯块。

8.根据权利要求7所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述密封内层的材料为304不锈钢，所述密封内层的厚度为1.5mm，所述密封外层的材料为哈氏合金钢，所述密封外层的厚度为4mm。

9.根据权利要求1所述的模块化千瓦级锶-90同位素热源装置，其特征在于，所述热源模块的热功率范围为250瓦至400瓦，所述热源装置的热功率范围为1500瓦至4000瓦。

技术总结本申请适用于同位素热源技术领域，提供了一种模块化千瓦级锶‑90同位素热源装置，包括：热源模块，热源模块包括燃料芯块以及包裹于燃料芯块表面的密封层，燃料芯块为陶瓷化的氟化锶；集热体，集热体具有容纳腔，六个热源模块堆叠于容纳腔内，集热体的材料为铀钼合金。本申请中，通过使用陶瓷化的氟化锶作为燃料芯块，并在其表面包裹密封层，可以有效地控制锶‑90的辐射剂量；集热体采用铀钼合金材料，能够屏蔽锶‑90衰变产生的辐射，降低使用过程中的辐射剂量，通过采用模块化设计，可以实现千瓦级的功率输出，使得每个热源模块相对独立，可以有效减少辐射剂量。技术研发人员：王宁,张迎增,向清沛,席治国,韩军,姜涛,向永春受保护的技术使用者：中国工程物理研究院核物理与化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11