载人航天CO_2还原技术的发展与选择

CO2还原是目前国际空间站CO2处理的一个重要环节。CO2还原技术不仅可以实现对人体代谢产生的CO2进行处理,还可以与电解水技术结合起来实现氧气的再生。空间站所采用的CO2还原技术包括Sabatier、Bosch、CO2电解、CO2热解等还原方法。经过三十多年的理论与实验研究,最终Sabatier还原法被确定为国际空间站的CO2还原方案。然而,Sabatier方法的循环闭合度较低,难以应用在宇宙深空探测等更长期的载人航天任务中。其他可实现完全闭合的还原法仍有可能在技术充分发展后,取代Sabatier成为性能更优的还原技术。     

Sabatier反应低温催化剂研究

目的 研制用于大气再生技术Sabatier二氧化碳还原反应的低温催化剂，以降低Sabatier反应的起动温度。方法 从催化剂活性组分，载体的选择，催化剂的制备方法和条件等方面进行低温催化剂的设计研制，建立催化剂性能测试装置，对体温催化剂的性能进行实验研究。结果 研制了以钌为催化剂活性组分，以活性r-Al2O3为载体的Sabatier反应低温催化剂，其反应起动温度可降到110度，起动时间8min，在温度为200－300度时，贫组分一次通过转化率均高于95％，产物水较为纯净，无色透明，呈中性。结论 Sabatier反应低温催化剂的性能达到了设计目的，有进一步研究的价值。     

空间站甲烷流向变换蓄热催化燃烧反应器试验研究

目的 设计流向变换蓄热催化燃烧反应器,实现空间站低浓度甲烷的有效去除,并满足反应后气体低温排出的要求.方法 在70 L/min的气体输入情况下,催化剂温度500℃左右时,通过气体换向,使出口处甲烷浓度以及出口气体温度满足使用要求;蓄热体采用了堇青石,其热容量为750～900 J/(kg·℃),最高工作温度可达1350℃.结果 反应器换向时间约为8 min,反应器的出口气体温度控制在60℃以下,甲烷去除效率达到72％.结论 采用流向变换蓄热催化燃烧技术去除空间站低浓度甲烷、实现气体低温排出是可行的.     

CO2还原钌催化剂的研究

目的 提高萨巴特(Sabatier)反应在催化剂作用下CO2还原反应的转化率。方法 采用浸渍法制备了Ru基CO2还原催化剂,研究了其在CO2还原反应中的催化性能。结果 建立了以Ru为活性组分的高性能CO2还原催化剂的稳定制备方法,并对制备出的催化剂进行物理和化学性能测试,研制的催化剂在启动温度、反应温度、反应转化率、产水水质等技术指标接近国外的水平。结论 在较温和的反应条件(T=200～300℃,P=0．1MPa,GJSV=4500 h^-1)下,制备的钌催化剂作用下的CO2还原反应产水转化率达96％以上。     

分子筛CO2去除系统研究

目的 探索分子筛CO2去除技术应用于空间站系统的可行性.方法 系统分析了空间站分子筛CO2去除系统(4BMS)原理样机设计和工作原理,在模拟空间站真实负荷的条件下对该原理样机进行了连续120 d密闭舱试验研究.结果 在3人CO2代谢量条件下,该原理样机能有效控制密闭舱内的CO2浓度在0.5％以下,并保证空气露点在-33℃以下,系统功耗不高于800 W.结论 该原理样机满足未来空间站系统对CO2浓度控制的要求.     

中国空间站水回收系统关键技术分析

目的 系统分析中国空间站水回收系统研制所需要的关键技术.方法 依据任务需求,采用系统总体设计方法,综合分析俄罗斯和美国空间站水回收系统构架特点,并概要提出我国空间站水回收系统的特点及技术研究的重点.结果 我国空间站水回收系统的关键技术主要是冷凝水处理技术和尿蒸馏技术,水回收系统关键技术研究应当特别重视冷凝水处理技术的中温催化氧化的能耗问题、尿蒸馏技术的VCD技术和膜蒸馏技术难题以及微生物污染问题.结论 在关键技术分析的基础上,冷凝水净化装置和尿蒸馏装置原理样机的研制已经完成且满足设计要求.我国空间站水回收系统仍存在一些技术难题有待后续研究解决.     

环控生保集成演示验证系统总体设计及其试验验证

目的：研制环控生保集成演示验证系统，为未来中长期环控生保系统技术的研究创造一个先进的地面研究试验环境。方法：将固态胺二氧化碳收集浓缩、Sabatier二氧化碳还原、全氟磺酸热电综合膜蒸发尿处理和固态聚合物水电解制氧等再生式生保技术、集中通风温湿度控制技术、测量控制等非再生式技术集成在一密封绝热环境中，并通过试验考核。结果：系统及再生式各分系统主要技术指标满足要求，系统总体及各分系统的整合是成功的，基本上达到了系统整合部分闭环。结论：系统方案设计合理，系统的主要性能技术指标满足要求。系统总体及所属各个分系统之间匹配与协调性良好，系统运转正常，测试数据正确。     

空间乙烯过滤器地面试验样机研制

目的 研制成空间乙烯过滤器地面试验样机,采用微生物技术控制受控生态生保系统中高等植物产生的微量乙烯(C2H4),以保障植物的正常生长发育.方法 通过详细的技术方案论证、图纸设计与加工、部件安装与调试以及样机试运行,最后进行验证实验来检验其技术性能.结果 样机反应器中基质的温度、含水量、pH值以及气体的流量、温湿度等参数均能实行有效控制,反应器中的微生物经过一段时间驯化后,对乙烯气体的最高降解率可达到9.04 mg/(m3·h).结论 样机实际性能基本达到了设计要求,运行稳定,可用于控制受控生态生保系统中乙烯气体的浓度.     

空间站CO_2去除系统对微量污染物的辅助去除作用研究

目的评价空间站CO2去除系统对舱内大气微量污染物的辅助净化能力及微量污染物对系统去除CO2性能的影响。方法按照空间站微量污染物模型,选取有代表性的11种微量污染物,采用10倍加速条件进行密闭舱注入,在模拟3人CO2代谢量条件下考核CO2去除系统对注入气体及CO2气体的去除效果。结果在3人CO2代谢量条件下,空间站CO2去除系统对大部分微量污染物具有显著去除能力;该试验条件下的舱内微量污染物对CO2气体去除性能无明显影响。结论 CO2去除系统对舱内微量污染物净化可以起到一定的辅助作用。     

空间站舱室气流组织数值模拟仿真方法

空间站座舱通风系统是保证舱内空气品质及热舒适的重要环节。在特殊的微重力条件下,实验环境较难实现,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)研究和设计特殊环境下的通风气流组织是国际上的常用方法。本文总结了国内外空间站舱室内部气流组织数值模拟仿真的研究现状,结合空间站舱室流场模拟的特点,借鉴和比较了地面建筑内提高流场模拟结果准确度的多种方式,分析得出舱室与通风管道系统的耦合模拟方式可满足地面模型实验对比和无实验前提下设计研究的需要,且对其发展前景进行了展望。     

空间站Sabatier CO2还原装置实验研究

目的研究长期载人航天任务中舱室ＣＯ２催化还原处理的大气再生技术。方法 研制了Ｓａｂａｔｉｅｒ ＣＯ２还原装置地面实验样机系统。结果在ＣＯ２流量为１．０Ｌ／ｍｉｎ时,反应起动温度可降到１６５℃,起动时间１４ｈｉｎ,Ｈ２与ＣＯ２摩尔比分别为１．９,２．８,３．５,４．０和５．０时,贫组分一次通过。转化率均高于９５％;产物水无色,呈中性。结论Ｓａｂａｔｉｅｒ ＣＯ２还原装置地面实验样机系统操作简便,性能     

Hygienic evaluation of water obtained by the method of hydration of carbon dioxide]

Water produced by the method of carbon dioxide hydration according to the Sabatier reaction was evaluated in hygienic terms. It was found that with respect to organoleptic and bacteriological parameters this water met the requirements for portable water, as described in the USSR Standards 2874-82. However, this water contained more nickel; therefore before drinking, it needed further purification, conditioning and testing.     

The Sabatier effect: A partially inverted image on a conventional radiograph

PurposeThe core concepts of radiography and photography are similar in many ways. The purpose of this technical note is to highlight a photographic phenomenon, the Sabatier effect, which appeared on a radiograph.A true lateral cephalogram was taken by the film/screen method and processed manually. Accidental light exposure occurred during development, resulting in the formation of a partially inverted image. However, this result could not be repeated by intentional exposure to light.Exposure to light during development is considered a blunder and it is thought to lead to a completely dark image. However, if the light exposure is followed by further development, it leads to the formation of a partially inverted image, and this occurrence is termed as the Sabatier effect. Due to the numerous variables involved, it is very difficult to obtain consistent reversals and this may be the reason for the failure of appearance of the Sabatier effect on the second occasion. An understanding of this concept requires a thorough appreciation of the fundamentals of image processing. This article aims to describe the mechanism of formation of an image with the Sabatier effect.     

Production of 177Lu at the new research reactor FRM-II: Irradiation yield of 176Lu(n,gamma)177Lu.

Due to its physical and chemical characteristics, 177Lu is a very attractive radionuclide for use in nuclear medicine. This paper introduces a method for a precise calculation of the irradiation yield of 177Lu produced by neutron activation of 176Lu in a nuclear reactor. The calculation is based on the Westcott convention which requires the knowledge of the neutron flux parameters. In this work, the neutron flux parameters of the new research reactor FRM-II (Garching, Germany) were determined and the stability of thermal neutron flux and thermal neutron flux temperature was monitored. The comparison of theoretically calculated and experimentally determined yield for Lu176(n,gamma)Lu177 reaction is presented.     

超临界水氧化法去除尿液中有机物的探索

为探索超临界水氧化法处理受控生态生命保障系统的废水和废物，研究了超临界水氧化技术去除尿液中有机物的可能性。用尿素水溶液作为尿液模拟物为对象，氧气作氧化剂，在连续流动的超临界水氧化实验装置中进行了实验，在４００～５５０℃和２４ＭＰａ～３０ＭＰａ的温度压力条件下，用含氮量作为指标，研究各因素对有机物去除效果的影响。研究结果表明，超临界水氧化法对尿液中主要有机物尿素的去除，在温度４００℃以下，去除率低于１０％；在５５０℃以上，反应时间超过２ｍｉｎ时，可将９５％以上的含氮有机物去除。增加反应温度、压力和反应时间，都可以明显地增大有机物的去除率。     

Radiolabeling of [(18)F]altanserin - a microfluidic approach

IntroductionOur aim was the optimization of radiochemical parameters for the microfluidic preparation of [¹⁸F]altanserin. The four main parameters evaluated were (1) precursor concentration, (2) reaction temperature, (3) bolus flow rate through the microreactor and (4) bolus volume.MethodsFor the determination of optimal reaction conditions within a flow-through microreactor synthesizer, 5–400 μL of precursor and dried [¹⁸F]fluoride solution were simultaneously pushed through the temperature-controlled reactor (180–220 °C) with defined bolus flow rates of 10–60 μL/min. Radiochemical incorporation yields (RCIYs) were examined using a thin layer chromatography (TLC) set-up and radio- high-performance liquid chromatography (HPLC).ResultsOptimum reaction parameters for the microfluidic set-up were determined as following: 220 °C, 5–10 μL/min pump rate per reactant (10–20 μL/min reaction overall flow rate) and 2 mg/mL precursor concentration in the reaction mixture. Applying these optimized conditions, RCIYs of 53.7 ± 7.9 were observed for scaled-up preparations. A positive “bolus effect” was observed: applying higher reaction volume resulted in increased RCIYs.ConclusionThis study proved that the reaction bolus volume is an essential parameter influencing the RCIY of [¹⁸F]altanserin. A possible explanation is the inhomogeneous distribution within the reaction volume probably caused by diffusion at the bolus interface. This important finding should be considered an important variable for the evaluation of all novel radiotracers labeled using a flow-through reactor device.     

No-carrier-added nucleophilic 18F-labelling in an electrochemical cell exemplified by the routine production of [18F]altanserin.

A new type of electrochemical cell with anodic deposition of no-carrier-added [(18)F]fluoride and variable reaction volume has been developed. The reactor is designed for small reaction volumes and non-thermal drying of [(18)F]fluoride. The implementation of this reactor into a complete remotely controlled synthesis device is described for the routine production of [(18)F]altanserin. A radiochemical yield of 23+/-5% was obtained via cryptate-mediated nucleophilic (18)F-fluorination. Batches of up to 6 GBq [(18)F]altanserin, suitable for human application, with a molar activity of >500 GBq/micromol were obtained within 75 min.     

低温核供热堆辐射防护安全准则

作者提出了低温核供热堆辐射防护安全准则的建议，即①要求半径５０ｋｍ范围内加权人口不超过１０６；②禁区半径为２５０ｍ；③限制发展区半径２ｋｍ；④低温核供热堆正常运行期间，由于放射性向环境释放所致公众个人剂量（全身或有效）不应超过０．１ｍＳｖ／ａ，集体剂量不超过１００ｍａｎ·Ｓｖ／ａ；⑤低温核供热堆事故期间，公众个人剂量不超过５ｍＳｖ，集体剂量不超过１０００ｍａｎ·Ｓｖ；⑥低温核供热堆正常运行期间，放射性流出物（气体、液体）的释放量不应超过国标ＧＢ６２４９规定值的２／５；⑦热网水中的放射性活度不应超过０．３７Ｂｑ／Ｌ；⑧建议应急状态分为三级，即应急待命、厂房应急和场区应急。