ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ РЕАКТОР-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК G21C1/01 G21D7/00 H01J45/00 

Изобретение относится к области ядерной энергетики для космических аппаратов, в частности к ядерным реакторам, содержащим в качестве замедлителя гидрид циркония.

Известен ряд конструкций, в которых удержание водорода в гидриде циркония при его нагреве во время функционирования реактора осуществляется путем нанесения на поверхность блока замедлителя оксифосфидного покрытия и наддува полости замедлителя углекислым газом (Андреев П.В. и др. Принципы построения и основные характеристики космических термоэмиссионных ЯЭУ с тепловым реактором длительного ресурса, - "Атомная энергия", т. 70, вып. 4, 1991, с. 217 - 220).

Наиболее близким техническим решением к заявленному является оснащение ядерного реактора нагреваемой за счет его теплового излучения емкостью с оксидом металла, соединенной трубопроводом с полостью замедлителя. Образующаяся при нагреве оксида никеля двуокись углерода, дифундируя в полость замедлителя, постоянно поддерживает окисную пленку на поверхности гидрида циркония.

Конструкция ампулы представляет собой герметичный корпус, заполненный порошком оксида металла и соединенный трубопроводами с полостью замедлителя. Для надежной работы системы температура оксида металла должна превышать 480^oC. С этой целью ампула помещается вблизи реактора, не выходя за габариты теневого защищаемого конуса (патент N 2042231 на изобретение: "Термоэмиссионный реактор-преобразователь" от 26.11.92.).

Недостатком этой конструкции являются значительные трудности в обеспечении требуемого теплового режима функционирования емкости, а именно недостаточный нагрев оксида металла за счет теплового излучения реактора и тепла, приходящего на него по элементам крепления.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, повышение температуры (свыше 480^oC) оксида металла за счет более полного использования тепла реактора-преобразователя.

Технический результат - введение емкости подпитки в магистраль жидкометаллического контура, позволяющее использовать выходящий из реактора теплоноситель в качестве источника тепла для нагрева содержащегося в ампуле оксида никеля.

Этот результат достигается тем, что емкость с оксидом металла помещена в выходящий из реактора-преобразователя трубопровод жидкометаллического контура и выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических оболочек, между которыми помещена металлическая сетка, образующая с внутренней оболочкой, служащей одновременно трубопроводом жидкометаллического контура, кольцевую полость, заполненную порошком оксида металла и герметизирующуюся совместно с внешней полостью, соединенной с полостью замедлителя реактора-преобразователя двумя трубопроводами, расположенными по торцам, кольцевыми крышками.

Заявленное изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструктивная схема термоэмиссионного реактора-прреобразователя с помещенной в выходящий из него трубопровод емкости с оксидом металла для подпитки полости замедлителя.

Реактор-преобразователь 1 содержит в выходящем из него трубопроводе 2 ампулу 3, которая состоит из внешней цилиндрической оболочки 4, внутренней цилиндрической оболочки 5, металлической сетки 6, порошка оксида металла 7, двух торцевых колец 8, входного 9 и выходного 11 патрубков, теплоносителя 10.

Преимущества заявленного реактора-преобразователя проявляются следующим образом. Протекающий по внутренней цилиндрической оболочке теплоноситель, например эвтектический сплав натрия-калия, имея на выходе из реактора температуру свыше 550^oC, обеспечивает необходимый нагрев оксида металла, отделенного от теплоносителя стенкой толщиной 1...2 мм. Расположение оксида металла вокруг внутренней цилиндрической оболочки - трубы жидкометаллического контура обеспечивает его равномерный прогрев. Выделившийся из оксида металла кислород, соединяясь с окисью углерода, восстанавливает его до двуокиси, которая из полости между металлической сеткой и внешней цилиндрической оболочкой диффундирует в полость замедлителя. Расположение двух патрубков для трубопроводов на разных концах ампулы способствует процессу восстановления окиси углерода и попадания его в полость замедлителя.

Одновременно выполнение емкости как элемента трубопровода жидкометаллического контура делает более компактным ее размещение вблизи реактора, что положительно сказывается на габаритных характеристиках изделия.

Использование: в качестве источника энергии для снабжения космических аппаратов. Реактор содержит элементы замедлителя и емкость с оксидом металла, соединенную трубопроводом с полостью замедлителя. Емкость с оксидом металла помещена в выходящий из реактора трубопровод жидкометаллического контура. Емкость выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических оболочек, между которыми помещена металлическая сетка. Полость между оболочками заполнена порошком оксида металла. В результате более полно используется тепло реактора для повышения температуры оксида металла. 1 ил.

Термоэмиссионный реактор-преобразователь, содержащий выполненные на основе гидрида циркония элементы замедлителя с покрытием с низкой водородопроницаемостью и емкость с оксидом металла, соединенную трубопроводом с полостью замедлителя, заполненную окисной средой, отличающийся тем, что емкость с оксидом металла помещена в выходящий из реактора-преобразователя трубопровод жидкометаллического контура и выполнена в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических оболочек, между которыми помещена металлическая сетка, образующая с внутренней оболочкой, служащей одновременно трубопроводом жидкометаллического контура, кольцевую полость, заполненную порошком оксида металла и герметизирующуюся совместно с внешней полостью, соединенной с полостью замедлителя реактора-преобразователя двумя трубопроводами, расположенными по торцам, кольцевыми крышками.