КОСМИЧЕСКАЯ ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК G21C11/00 

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.

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.

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.