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自动化助力ORNL太空核燃料生产效率大提升

2019-01-24 01:07:34 来源: 中国新能源网 浏览量:570

  为助力美国深空探测器的发展,橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家们刚刚取得了一项重要的进展通过改进关键步骤的自动化流程,大幅提升了通过发射热发生器(RTG)来制造钚-238(PU-238)核燃料的生产效率。据悉,ORNL科学家将氧化铝-铝颗粒的生产过程交付给了机器,有望到2025年的时候,将核燃料产量增加到每年1.5千克(3.3磅)。


(配图来自:ORNL)

  NASA希望向外太阳系发送更多的无人探测器,与此同时,还要向火星发射核动力探测器、并在月球布置载人宇航的前哨站。

  目前面临的一个瓶颈是,该机构的PU-238核燃料储量,已经减少到了35公斤(77磅)以下。

  为了增加库存,ORNL必须通过已获得的资金,拿去生产深空任务所需的更多核燃料。毕竟在距离太阳如此之远的地方,光伏电池板已经指望不上了。

  需要指出的是,PU-238是一种不稳定的钚同位素。当它自然衰变成铀-234时,会产生0.5瓦的热能。

  发射热发生器(RTG)可以利用这种热量来发电,从而为航天器提供动力。自20世纪60年代以来,该系统一直运作良好,只是制备PU-238的过程有些费力。

  为制造钚同位素,ORNL先是将ne-237(NP-237)转化为氧化ne,然后与铝混合、压制成致密的颗粒。

  接着让它们通过实验室的高通量同位素反应器,利用辐射将NP-237转变成NP-238(其衰变成PU-238)。

  然后对钚进行化学处理,将净化后的它变成燃料芯块。尴尬的是,其中涉及太多的手工操作,严重拖慢了生产效率。

  此前,ORNL每周只能生产80颗粒。但在全新的部分自动化的生产流水线上,其产量已提升至每周275颗粒。BobWham表示:

  本次自动化改进,仅涉及Pu-238生产流程的一部分,但它有助于将年产量从50克增加到400克,接近NASA到2025实现年产1.5公斤的目标。

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