РАДИАЦИОННАЯ ЗАЩИТА КОСМИЧЕСКОЙ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2013 года по МПК H01J45/00 G21D1/00 

Изобретение относится к радиационным защитам космических ядерных энергетических установок (КЯЭУ), используемым для обеспечения на космическом аппарате (КА) допустимых уровней ионизирующего излучения.

Известен ряд конструкций радиационных защит представляющих собой герметичный контейнер конической формы, заполненный гидридом лития, приведенных, например, 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, 1987,180 с.

Наиболее близким техническим решением, к заявленному, является радиационная защита ЯЭУ КА, снабженная на конической поверхности прямолинейными углублениями (каналами), проходящими по образующим конуса. Они служат для прохода через защиту трубопроводов жидкометаллического контура, (см. статью Богуш И.П., Грязнов Г.М., Жаботинский Е.Е. и др. Космическая термоэмиссионная ЯЭУ по программе «Топаз». Принципы конструкции и режимы работы //Атомная энергия, 1991, т.70, вып.4).

Недостатком такой радиационной защиты является, в случае высокой температуры теплоносителя в трубопроводах, перегрев гидрида лития свыше 450°С, выход из него водорода с последующей диффузией через герметизирующую оболочку и, соответственно, ухудшение ослабляющих свойств радиационной защиты.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - обеспечение необходимой радиационной обстановки на космическом аппарате путем исключения снижения ослабляющих свойств радиационной защиты.

Технический результат - обеспечение приемлемого температурного режима гидрида лития, исключающего выхода из него водорода и его диффузию через оболочку защиты в космическое пространство.

Этот результат достигается тем, что: защита в местах прохода трубопроводов снабжена вставками из теплозащитного материала, например, на основе кварцевых волокон, закрепленными на внешней поверхности защиты и отделяющими трубопроводы от герметизирующей оболочки контейнера с гидридом лития. Переднее и заднее днища защиты с гидридом лития снабжены разделенными в окружном направлении на полости коллекторами, которые соединены между собой трубками, содержащими охлаждающий теплоноситель и закрепленными на размещенной в гидриде лития между коллекторами перфорированной обечайке защиты, переднее днище которой дополнительно снабжено эквидистантно расположенной сферической оболочкой с радиальными выштамповками, образующими совместно с передним днищем изолированные полости, соединяющиеся в центре и имеющие на периферии выход в полости коллектора на переднем днище, а полости заднего коллектора снабжены патрубками для подвода и отвода теплоносителя. При этом узлы крепления защиты к агрегатам ядерной энергетической установки размещены на перегородках полостей коллекторов, выполненных на переднем и заднем днищах защиты. На фигуре 1 приведена схема радиационной защиты КЯЭУ. Радиационная защита представляет собой отсек с гидридом лития 1, включающий коническую оболочку 2 со сферическими днищами 3, 4. В местах прохода трубопроводов каналы конической оболочки снабжены вставками 5 из теплозащитного материала, например, на основе кварцевых волокон. Вставки размещены по всей длине канала между трубопроводом и герметизирующей оболочкой защиты.

На заднем и переднем днищах защиты 2 и 3 размещены коллектора 6 и 7. Каждый коллектор разделен в окружном направлении перегородками на отдельные полости, которые снабжены патрубками для подвода и отвода охлаждающего радиационную защиту теплоносителя. Между собой коллектора герметично соединены трубками 8. Дополнительно они прикреплены (припаяны) к размещенной в гидриде лития между коллекторами перфорированной оболочке 9. С целью подачи теплоносителя на переднее днище защиты оно снабжено дополнительной оболочкой 10, которая образует полость на переднем днище защиты.

Дополнительная оболочка снабжена радиальными выштамповками (зигами), которые формируют отдельные полости. Эти полости в центральной зоне днища объединены между собой, а на периферии каждая полость днища соединена с полостью в переднем коллекторе.

Перегородки в переднем и заднем коллекторах имеют ширину, позволяющую разместить на ней узел крепления защиты, например, выполнить в перегородке резьбовое отверстие.

Таким образом, образован тракт, по которому организовано возвратно поступательное движение теплоносителя от заднего коллектора по трубкам к переднему далее к центральной зоне переднего днища и затем обратно по трубкам к заднему коллектору.

Представленная конструкция радиационной защиты функционирует следующим образом.

Применение вставок 5 из кварцевого волокна обусловлено его высокой температурой функционирования и низкой теплопроводностью, что препятствует перетоку тепла от нагретых трубопроводов на оболочку радиационной защиты.

Отвод из защиты тепла, поступающего в нее от трубопроводов и от реактора, а также генерирующего непосредственно в самой радиационной защите осуществлено теплоносителем, подаваемым во входные полости заднего коллектора 6. Первоначально теплоноситель проходит по трубкам 8 к полостям переднего коллектора 7 и зазорам между днищем защиты 3 и оболочкой 10 к центральной зоне переднего днища защиты.

Затем теплоноситель по соседним полостям переднего днища возвращается к полостям переднего коллектора 7, соединенным трубками 8 с выходными полостями заднего коллектора 6. Через патрубки выходные полости коллектор 8 соединены со специальным контуром ядерной энергетической установки, в котором осуществляется охлаждение теплоносителя нагретого в радиационной защите.

Креплением трубок 8 к перфорированной оболочке 9 обеспечено снижение на них нагрузок при кристаллизации заливаемого в отсек защиты гидрида лития. Таким образом, исключается возможность разгерметизации контура охлаждения защиты на этапе ее изготовления.

Выполнение узлов крепления защиты на перегородках коллекторов обеспечивает включение размещенной в гидриде лития перфорированной оболочке с закрепленными на ней трубками в силовую схему защиты, что, как известно существенно повышает ее прочностные свойства.

Изобретение относится к радиационной защите в составе ядерной энергетической установки для космического аппарата. Защита в местах прохода трубопроводов снабжена вставками из теплозащитного материала, например, на основе кварцевых волокон, закрепленными на внешней поверхности защиты и отделяющими трубопроводы от герметизирующей оболочки контейнера с гидридом лития. Кроме этого, переднее и заднее днища защиты снабжены разделенными в окружном направлении на полости коллекторами, которые соединены между собой трубками, содержащими охлаждающий теплоноситель и закрепленными на размещенной в гидриде лития между коллекторами перфорированной обечайки защиты, переднее днище которой дополнительно снабжено эквидистантно расположенной сферической оболочкой с радиальными выштамповками, образующими совместно с передним днищем изолированные полости, соединяющиеся в центре и имеющие на периферии выход в полости коллектора на переднем днище, а полости заднего коллектора снабжены патрубками подвода и отвода теплоносителя. При этом узлы крепления защиты к агрегатам ядерной энергетической установки размещены на перегородках полостей коллекторов, выполненных на переднем и заднем днищах защиты. Технический результат: обеспечение приемлемого температурного режима гидрида лития, исключающего выход из него водорода и его диффузию через оболочку защиты в космическое пространство. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Радиационная защита космической ядерной энергетической установки из гидрида лития, выполненная в виде контейнера в форме усеченного конуса со сферическими днищами с размещенными на них узлами крепления и на конической оболочке которого выполнены каналы под трубопроводы, проходящие через защиту, отличающаяся тем, что защита в местах прохода трубопроводов снабжена вставками из теплозащитного материала, например, на основе кварцевых волокон, закрепленными на внешней поверхности защиты и отделяющими трубопроводы от герметизирующей оболочки контейнера с гидридом лития.

2. Радиационная защита по п.1, отличающаяся тем, что переднее и заднее днища защиты снабжены разделенными в окружном направлении на полости коллекторами, которые соединены между собой трубками, содержащими охлаждающий теплоноситель и закрепленными на размещенной в гидриде лития между коллекторами перфорированной обечайке защиты, переднее днище которой дополнительно снабжено эквидистантно расположенной сферической оболочкой с радиальными выштамповками, образующими совместно с передним днищем изолированные полости, соединяющиеся в центре и имеющие на периферии выход в полости коллектора на переднем днище, а полости заднего коллектора снабжены патрубками подвода и отвода теплоносителя.

3. Радиационная защита по п.1, отличающаяся тем, что узлы крепления защиты к агрегатам ядерной энергетической установки размещены на перегородках полостей коллекторов, выполненных на переднем и заднем днищах защиты.