[科普中国]-离子束聚变堆

离子束聚变堆是目前技术较成熟的空间核反应堆，例如苏联的Topaz-Ⅰ，Topaz-Ⅱ热离子反应堆，美国的SNAP—10A温差发电反应堆。与热堆相比，超热中子堆体积小、质量轻、中子平均能量约0.1eV，比热堆的平均中子能量（0.025eV）高。

简介离子束聚变堆是目前技术较成熟的空间核反应堆，例如苏联的Topaz-Ⅰ，Topaz-Ⅱ热离子反应堆，美国的SNAP-10A温差发电反应堆。

与热堆相比，超热中子堆体积小、质量轻、中子平均能量约0.1eV，比热堆的平均中子能量（0.025eV）高。Topaz型热离子核反应堆系统的反应堆与热电转换系统是组成一体的，主要由反应堆活性区、反应堆控制系统、冷却系统、核辐射防护屏蔽和辅助系统等组成，

反应堆活性区是可控核裂变反应发生的地方，是核反应堆的心脏。主要部件有热离子燃料元件、氢化锆慢化剂、铍反射层和钠钾合金冷却剂。热离子燃料元件用UO2。作核燃料，在活性区呈三角形排列。它既是反应堆的燃料，核裂变产生热能，又是热电转换器件。

Topaz型热离子反应堆活性区为圆柱形，几十根热离子燃料元件插在氢化锆慢化剂中。反应堆活性区放在不锈钢容器里，四周是铍反射层。在铍反射层中，插有12个由铍制成的转动控制鼓。12个转动控制鼓分成四组，两组为安全鼓，保证反应堆处于次临界状态；两组为调节鼓，控制反应堆的输出热功率。

圆柱体的氢化锆慢化剂开有插热离子燃料元件的孔，一层层堆叠，轴向用弹簧压紧。氢化锆表面涂防氢渗透涂层，防止氢化锆高温分解时氢泄漏，保持氢化锆的中子慢化能力，以确保反应堆寿命期内有足够的后备反应性。

反应堆控制系统反应堆控制系统由转动控制鼓、转动控制鼓传动机构、自动控制系统组成。转动控制鼓由反射中子能力最强的铍材料制成，形状为圆柱体。沿圆柱体表面径向120°的表面上覆盖B4C中子吸收材料。调节鼓用于调节反应堆的输出热功率，调节鼓慢速均匀转动，转动180°需3～5s。

转动控制鼓的传动机构由电机、磁离合器、减速器、终端微型开关等组成。每个传动装置带动三个转动控制鼓，按相同方向以给定速度转动。1

自动控制系统由反应堆自动控制信号装置和供电系统组成。自动控制信号装置包括反应堆电源系统各种运行参数的遥测和数据分析系统，以及控制信号发送和地面指令接收装置。供电系统把热离子反应堆产生的电能经电流电压调节系统，为卫星、反应堆转动控制鼓传动装置、反应堆冷却系统的电磁泵、热离子能量转换器供铯系统提供电力，同时调节多余的电力。

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学