НАКОПИТЕЛЬ ЦЕЗИЯ Российский патент 1996 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к ядерным реакторам и, в частности, к термоэмиссионным реакторам-преобразователям, используемым в качестве источников электрической энергии в ядерных энергетических установках (ЯЭУ) космических аппаратов, в которых для нейтрализации пространственного заряда в межэлектродных зазорах электрогенерирующих каналов (ЭГК) используется цезий в парообразном состоянии.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является конструкция накопителя, состоящего из обечайки с основанием и крышкой, расположенного между основанием и опорным диском блока вещества-накопителя со сквозным центральным отверстием, и упругого элемента, размещенного между крышкой и опорным диском [1]
Недостатком этой конструкции являются относительно большие габариты из-за низкой эффективности использования поглощающей способности блока вещества-накопителя, в данном случае пиролитического графита, которая обусловлена сравнительно малой допустимой деформацией упругого элемента (выполненного, например, в виде единичного сильфона) при расширении вещества-накопителя в процессе поглощения им цезия. Это приводит к необходимости удлинения упругого элемента (например, применения составного сильфона), либо использования в накопителе большего количества вещества-накопителя, чем это требуется для удержания заданного количества цезия. Отсутствие жесткой стяжки блоков и фиксации в радиальном направлении не обеспечивает надежной сохранности блока вещества-накопителя в условиях, когда статические и вибрационные перегрузки достигают величин 10 15 g при частоте до 2000 Гц (например, при выводе ЯЭУ на орбиту). Кроме того, отсутствие проточного канала в опорном диске ухудшает условия проникновения пара цезия в центральное отверстие блока вещества-накопителя, чем сокращается поверхность взаимодействия цезия с веществом-накопителем.

Цель изобретения повышение надежности и улучшение массогабаритных характеристик как устройства, так и ЯЭУ в целом.

Технический результат максимальное использование поглощающей способности вещества-накопителя в рабочем режиме и устойчивость устройства к статическим и виброперегрузкам в процессе вывода ЯЭУ на орбиту.

Цель достигается тем, что накопитель цезия снабжен цилиндрической вставкой с продольными гофрами, размещенной соосно с обечайкой по всей ее длине, а опорный диск выполнен со сквозным каналом, соединяющим полость центрального отверстия с полостью обечайки между опорным диском и крышкой и содержит пластически деформируемый элемент, опирающийся на фиксатор штанги.

На чертеже приведена конструктивная схема накопителя цезия.

Накопитель цезия содержит обечайку 1 с основанием 2, крышкой 3, подводящий 4 и отводящий 5 патрубки, расположенный между основанием 2 и опорным диском 6 со сквозным каналом 7 блок вещества-накопителя 8 со сквозным центральным отверстием, по оси которого расположена штанга 9 с фиксатором, жестко закрепленная одним концом на основании 2, а фиксатором в пластически деформируемом элементе 10 опорного диска 6, цилиндрическую вставку 11 с продольными гофрами по всей ее длине, и упругий элемент 12, расположенный между крышкой 3 и опорным диском 6.

Устройство работает следующим образом. При выведении на орбиту космического аппарата, когда ЯЭУ не включена и цезий в ЭГК ТРП не поступает, блок вещества-накопителя 8 зафиксирован штангой 9 с фиксатором и пластически деформируемым элементом 10, чем обеспечивается сохранность блока вещества-накопителя 8 на этапе действия значительных статических и вибрационных перегрузок. В радиальном направлении блок вещества-накопителя зафиксирован от перемещений с помощью цилиндрической вставки 11 с продольными гофрами. В условиях невесомости при запуске ЯЭУ пар цезия начинает поступать в накопитель через патрубок 4, при этом наличие гофрированной вставки 11 обеспечивает равномерность обтекания смеси пара цезия с продуктами деления блока вещества-накопителя 8 вдоль его наружной поверхности. Цезий образует соединение с веществом-накопителем, которое в процессе взаимодействия с цезием расширяется по оси симметрии накопителя. При расширении блока вещества-накопителя элемент 10 пластически деформируется, и при усилии 100 150 кгс происходит расфиксация блока вещества-накопителя в направлении оси симметрии накопителя, и опорный диск 6 начинает под действием сил расширения свободно перемещаться в сторону крышки 3. До расфиксации блока вещества-накопителя пар цезия поступает в полость центрального отверстия блока вещества-накопителя через сквозной канал 7. Небольшие перегрузки 0,01 0,05g, возникающие на орбите от действия двигателей коррекции, компенсируются поддерживающей пружиной малой жесткости 11, которая при продольном усилии 1 3 кгс предотвращает хаотическое перемещение блока вещества-накопителя 8 внутри корпуса накопителя и, вместе с тем, из-за малого продольного усилия не оказывает заметного воздействия на эффективность поглощения цезия. Газообразные осколки деления, отделившиеся от пара цезия, покидают накопитель через патрубок 5 и выносятся в окружающее пространство.

Применение предложенного устройства, кроме решения поставленной задачи и достижения необходимого технического результата, позволяет за счет удержания отработанного цезия в ЯЭУ предотвратить возможность конденсации цезия на оптических, токоведущих и радиотехнических элементах космического аппарата и тем самым повысить надежность его эксплуатации.

Возможность получения указанного выше технического результата подтверждена испытаниями предложенного устройства как в стендовых условиях, так и в процессе эксплуатации в составе ЯЭУ "Топаз" при летных испытаниях на спутниках "Космос-1818" и "Космос-1867".

Использование: в ядерных реакторах и, в частности, в термоэмиссионных реакторах - преобразователях как источниках электрической энергии в ядерных установках (ЯЭУ) космических аппаратов. Цель - повышение надежности и улучшение массогабаритных характеристик путем максимального использования поглощающей способности вещества - накопителя за счет снижения действующих на него сжимающих нагрузок в рабочем режиме, а также повышение устойчивости устройства к статическим и виброперегрузкам в процессе вывода ЯЭУ на орбиту. Накопитель цезия содержит обечайку с основанием и крышкой, расположенный между основанием и опорным диском блок вещества - накопителя со сквозным центральным отверстием, жестко закрепленную на основании и проходящую по оси центрального отверстия штангу, упругий элемент, размещенный между крышкой обечайки и опорным диском. Накопитель снабжен цилиндрической вставкой с продольными гофрами, размещенной соосно с обечайкой по всей ее длине, а опорный диск выполнен со сквозным каналом, соединяющим полость центрального отверстия с полостью обечайки между опорным диском и крышкой, и содержит пластически деформируемый элемент, опирающийся на фиксатор штанги. 1 ил.

НАКОПИТЕЛЬ ЦЕЗИЯ, содержащий обечайку с основанием и крышкой, расположенный между основанием и опорным диском блок вещества накопителя со сквозным центральным отверстием, жестко закрепленную на основании и проходящую по оси центрального отверстия штангу, упругий элемент, размещенный между крышкой обечайки и опорным диском, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической вставкой с продольными гофрами, размещенной соосно с обечайкой по всей ее длине, а опорный диск выполнен со сквозным каналом, соединяющим полость центрального отверстия с полостью обечайки между опорным диском и крышкой, и содержит пластически деформируемый элемент, опирающийся на фиксатор штанги.