Тепловая радиационная защита космической ядерной энергетической установки

 

Изобретение относится к ядерной энергетике для космических аппаратов, в частности к теневым радиационным защитам (РЗ) космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ), предназначенных для снижения уровня нейтронного излучения от ядерного реактора до значений, допустимых для полезной нагрузки космического аппарата. Увеличение ресурса РЗ или эквивалентное снижение ее массы путем ликвидации зазора между конической обечайкой и монолитом застывшего гидрида лития и исключение в конструкции РЗ обусловленных технологией ее изготовления элементов, выступающих за пределы образованного монолитом гидрида лития теневого конуса. Это достигается тем, что в известной теневой РЗ космической ЯЭУ, содержащей контейнер в виде конической обечайки с днищами, заполненный методом заливки гидридом лития, образующим после застывания твердый монолит, смонтированные на днищах узлы крепления защиты с другими агрегатами ЯЭУ и силовые элементы внутри монолита, скрепляющие эти узлы между собой, а также установленные на обечайке узлы крепления коммуникаций ЯЭУ, на конической обечайке выполнены расположенные вдоль ее образующих зиги, а на внутренней ее поверхности в местах расположения узлов крепления коммуникаций установлены крепежные элементы, выполненные в виде перфорированных профилированных ребер. 3 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике для космических аппаратов, в частности к теневым радиационным защитам (РЗ) космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ), предназначенных для снижения уровня нейтронного излучения от ядерного реактора до значений, допустимых для полезной нагрузки космического аппарата.

Известен ряд конструкций таких РЗ, использующих в качестве материала легкой компоненты, предназначенной в основном для снижения уровня нейтронного излучения, гидрид лития, заполняющий путем заливки или закладкой прессованных блоков металлический контейнер [1] Наиболее близкой к предлагаемой является РЗ, содержащая контейнер в виде конической обечайки с днищами, заполненный методом заливки гидридом лития, образующим после застывания твердый монолит, смонтированные на днищах узлы крепления защиты с другими агрегатами установки и силовые элементы внутри монолита, скрепляющие эти узлы между собой (например, в виде конической проставки) [1] Недостатком этой конструкции является наличие зазора между конической обечайкой контейнера и монолитом гидрида лития, возникающего как результат усадки расплавленного гидрида лития после его заливки в контейнер и застывания при охлаждении. Наличие зазора приводит к появлению элементов контейнера, лежащих за конусом тени РЗ, который определяется внешней границей монолита гидрида лития. Вследствие этого обечайка контейнера становится источником рассеянных нейтронов, вносящих дополнительный вклад в общую дозу излучения на полезную нагрузку космического аппарата, что снижает ресурс РЗ, т. е. сокращает время эксплуатации ЯЭУ, в течение которого достигается заданный флюенс нейтронов на полезной нагрузке космического аппарата.

Технической задачей изобретения является увеличение ресурса РЗ или эквивалентное снижение ее массы.

Технический результат ликвидация зазора между конической обечайкой и монолитом застывшего гидрида лития и исключение в конструкции РЗ обусловленных технологией ее изготовления элементов, выступающих за пределы образованного монолитом гидрида лития теневого конуса.

Это достигается уменьшением толщины конической обечайки до минимального значения, определяемого технологией изготовления контейнера, и выполнением на конической обечайке расположенных вдоль ее образующих зигов, а также установкой на внутренней поверхности обечайки в местах присоединения к ней узлов крепления коммуникаций, например кабельных линий ЯЭУ, проходящих по боковой поверхности РЗ, крепежных элементов, выполненных в виде перфорированных профилированных ребер.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема РЗ; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 1.

Теневая радиационная защита космической ЯЭУ содержит контейнер в виде конической обечайки 1 с днищами 2 и 3, заполненной методом заливки гидридом лития, образующим после застывания твердый монолит 4, смонтированные на днищах 2 и 3 узлы 5 крепления защиты с другими агрегатами ЯЭУ и силовые элементы 6 внутри монолита, скрепляющие узлы 5 между собой, а также установленные на обечайке узлы 7 крепления коммуникаций установки, на конической обечайке 1 выполнены расположенные вдоль ее образующих зиги 8, а на внутренней ее поверхности в местах расположения узлов 7 крепления коммуникаций установлены крепежные элементы 9, выполненные в виде перфорированных профилированных ребер.

Теневая радиационная защита работает следующим образом.

В процессе застывания гидрида лития в монолит 4 после заливки в контейнер происходит адгезионное сцепление поверхности монолита с внутренней поверхностью обечайки 1. Зиги 8, выполненные в обечайке, обеспечивают ее податливость и возможность перемещения к оси контейнера совместно с поверхностью монолита за счет сил адгезионного сцепления, которых при соответствующей податливости обечайки оказывается достаточно для обеспечения такого перемещения при усадке монолита в процессе его застывания. Толщина обечайки 1, благодаря тому что она не является несущим элементом РЗ (такими элементами являются силовые элементы, расположенные в монолите гидрида лития), может быть выполнена минимальной, исходя из технологических соображений, что также способствует приданию обечайке 1 податливости и возможности ее перемещения совместно с поверхностью монолита 4 при его застывании. Выступающие в монолит крепежные элементы 9 в виде перфорированных профилированных ребер на внутренней поверхности обечайки 1 в зонах, где на внешней ее поверхности расположены узлы 7 крепления коммуникаций, наличие которых приводит к большей локальной жесткости обечайки, обеспечивают увеличение адгезионного сцепления в этих зонах.

В результате описанного функционирования устройства в процессе эксплуатации РЗ в составе ЯЭУ зазор между обечайкой контейнера и монолитом гидрида лития отсутствует. Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения обеспечивает достижение требуемого технического результата создание конструкции РЗ, в которой отсутствуют обусловленные технологией ее изготовления элементы, выступающие за пределы образованного монолитом гидрида лития теневого конуса. Как следствие, при заданном предельно допустимом флюенсе нейтронов на полезной нагрузке решается задача увеличения ресурса РЗ или эквивалентного снижения ее массы.

Эквивалентность решения этой задачи посредством достижения указанного технического результата подтверждается расчетом полей нейтронов, проведенным в двухмерной геометрии с использованием метода сферических гармоник для поля нейтронов внутри реактора и монолита гидрида лития РЗ и путем численного интегрирования уравнения переноса в интегральной форме для поля нейтронов внутри массива рассеивателя (обечайки контейнера) и на поверхности полезной нагрузки. Как показал этот расчет применительно к типичной ЯЭУ электрической мощностью порядка нескольких киловатт (по конфигурации и взаимному расположению агрегатов соответствующей ЯЭУ "Топаз-1"), снижение флюенса нейтронов на периферии приборного отсека в беззазорной конструкции РЗ по сравнению с прототипом, в котором обечайка контейнера играет роль рассеивателя, составляет до 20% от дозы, определяемой потоком нейтронов, непосредственно проходящих через РЗ. Это снижение флюенса нейтронов на полезной нагрузке при заданном предельно допустимом флюенсе эквивалентно соответствующему увеличению ресурса работы РЗ или уменьшению ее толщины, а следовательно, массы.

Формула изобретения

ТЕПЛОВАЯ РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА КОСМИЧЕСКОЙ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, содержащая контейнер в виде конической обечайки с днищами, заполненный гидритом лития методом заливки, образующим после застывания твердый монолит, узлы крепления защиты с другими агрегатами установки, смонтированные на днищах, и внутренние силовые элементы монолита, скрепляющие эти узлы между собой, узлы крепления коммуникаций, установленные на обечайке, отличающаяся тем, что на конической обечайке выполнены зиги, расположенные вдоль ее образующих, а на ее внутренней поверхности в местах расположения узлов крепления коммуникаций установлены крепежные элементы, выполненные в виде перфорированных профилированных ребер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3