Космическая ядерная энергетическая установка

 

Использование: в качестве источника электроснабжения космических аппаратов. В предлагаемой КЯЭУ, входящей в космический аппарат, имеющий в своем составе крупногабаритные выносные конструкции типа различного рода антенн, и снабженной реактором с бериллиевым отражателем и теневой радиационной защитой из гидрида лития, внешняя поверхность бокового отражателя реактора выполнена конической с большим основанием, обращенным в сторону космического аппарата, и углом, определяемым из условия: отношение изменения массы бериллия по тангенсу угла к изменению при этом флюенса рассеянных на выносной конструкции нейтронов должно быть равно отношению изменения массы защиты из гидрида лития по толщине к изменению при этом флюенса нейтронов, прошедших через защиту из гидрида лития. Технический результат: улучшение массогабаритных характеристик КЯЭУ за счет упрощения конструкции реактора, обеспечиваемое отсутствием дополнительной системы охлаждения. 2 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики для космических аппаратов, имеющих в своем составе выносные крупногабаритные конструкции, например радиолакационные антенны, и, в частности, к космическим ядерным энергетическим установкам (КЯЭУ), снабженным ядерным реактором с бериллиевым отражателем и теневой радиационной защитой из гидрида лития.

Известен ряд конструкций таких КЯЭУ, в которых радиационная защита расположена в теневом угле, идущем с переднего торца ядерного реактора на защищаемый объект, тем самым полностью экранируя полезную нагрузку от нейтронного излучения (см. , например, описание конструкции КЯЭУ в книге: Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ /А.А. Куландин, С. В. Тимашев, В.Д. Атамасов и др. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987, с. 172; Тезисы докладов: V Международная конференция "Ядерная энергетика в космосе". Высокоорбитальный космический аппарат дистанционного зондирования земли с ядерной энергетической установкой. Подольск, 1999, с.9).

Наиболее близким техническим решением к заявленному является конструкция КЯЭУ, в которой радиационная защита, находясь в теневом угле, охватывает реактор, располагаясь одновременно и вокруг его бокового отражателя, экранируя тем самым крупногабаритные выносные конструкции космического аппарата. Таким образом реактор оказывается окруженным защитным материалом - гидридом лития с трех сторон: заднего торца реактора и его боковой поверхности. Например, описание конструкции КЯЭУ в книге: Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ /А.А. Куландин, С.В. Тимашев, В.Д. Атамасов и др. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987, с.181).

Недостатком этой конструкции является резко ухудшающееся тепловое состояние как реактора из-за появления вокруг него сплошного экрана из гидрида лития, препятствующего излучению тепла с его боковой поверхности, так и самого экрана. Это вызывает необходимость введения в конструкцию КЯЭУ дополнительной системы охлаждения наименее термостойких агрегатов реактора и экрана из гидрида лития, максимальная рабочая температура которого не превышает 400-450^oС. Все эти мероприятия приводят к усложнению конструкции КЯЭУ и в итоге к ухудшению ее массогабаритных характеристик.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - улучшение массогабаритных характеристик КЯЭУ, а следовательно, и всего космического аппарата в целом.

Технический результат - исключение агрегатов, требующих дополнительной системы охлаждения, и упрощение конструкции системы теплоотвода, препятствующей перегреву элементов реактора.

Этот результат достигается тем, что внешняя поверхность бокового отражателя реактора выполнена конической с большим основанием, обращенным в сторону космического аппарата, и углом, определяемым из условия: отношение изменения массы бериллия по тангенсу угла к изменению при этом флюенса рассеянных на выносной конструкции нейтронов должно быть равно отношению изменения массы защиты из гидрида лития по толщине к изменению при этом флюенса нейтронов, прошедших через защиту из гидрида лития.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - конструктивная схема КЯЭУ для космического аппарата, снабженного, например, крупногабаритной антенной. Фиг.2 - контур бокового отражателя реактора.

На фиг.1 представлен приборный отсек космического аппарата 1 с расположенной на нем антенной 2, удаленный от ядерного реактора 3 на оптимальное расстояние. Теневая радиационная защита 4 из гидрида лития максимально приближена к реактору и закрывает своей тенью приборный отсек космического аппарата 1. При этом боковая поверхность реактора - боковой отражатель является источником нейтронного излучения, которое, рассеявшись на антенне, попадает на радиационно чувствительное оборудование космического аппарата. На фиг.2 пунктиром показан традиционный контур бокового отражателя реактора. Предложенный профиль и толщина бокового отражателя 5, выполненного из бериллия, являющегося эффективным материалом, ослабляющим энергию нейтронов, обеспечивает в данной конструкции снижение потока нейтронов, попадающего на антенну, до величины, при которой доля рассеянного нейтронного излучения в сторону приборного отсека становится приемлемой с учетом прямого излучения от реактора, прошедшего через теневую радиационную защиту 4.

Конический профиль отражателя обусловлен тем обстоятельством, что по мере удаления от оси антенны вклад рассеивавшегося на антенне излучения из-за увеличения расстояния до приборного отсека уменьшается. Поэтому и требуемое ослабление нейтронов, попадающих на периферию антенны, также снижается, уменьшая тем самым толщину отражателя по направлению к передней части реактора.

Преимущества заявленной КЯЭУ проявляются следующим образом. При описанной выше конструкции боковой отражатель реактора переходит по своей функциональной нагрузке в радиационную защиту без какой-либо тепловой преграды. Это обстоятельство, а также высокая теплопроводность бериллия упрощают решение задачи по снижению перегрева реактора из-за увеличения общей толщины бокового отражателя.

Предложенная формула выбора геометрии бокового отражателя, а именно величины угла конусной поверхности, обеспечивает одинаковую эффективность защиты антенны и толщины теневой радиационной защиты из гидрида лития, экранирующей приборный отсек космического аппарата. Этим условием достигаются оптимальные массогабаритные характеристики общей радиационной защиты. При этом увеличение суммарной толщины бокового отражателя положительно отражается и на нейтронно-физических характеристиках самого реактора.

Другим немаловажным достоинством предложенной конструкции является ее технологичность, не требующая сложных технологических процессов при альтернативном варианте защиты антенны, выполненной, например, из гидрида лития.

Формула изобретения

Космическая ядерная энергетическая установка, предназначенная для энергоснабжения космического аппарата, имеющего в своем составе крупногабаритные выносные конструкции типа различного рода антенн, снабженная реактором с бериллиевым отражателем и теневой радиационной защитой из гидрида лития, отличающаяся тем, что внешняя поверхность бокового отражателя реактора выполнена конической, большим основанием обращенным в сторону космического аппарата и углом, определяемым из условия: отношение изменения массы бериллия по тангенсу угла к изменению при этом флюенса рассеянных на выносной конструкции нейтронов должно быть равно отношению изменения массы защиты из гидрида лития по толщине к изменению при этом флюенса нейтронов, прошедших через защиту из гидрида лития.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2