Радиационная защита космической ядерной энергетической установки и способ ее изготовления Российский патент 2024 года по МПК G21D1/00 

Группа изобретений относится к космическим ядерным энергетическим установкам, и может быть использована при создании радиационных защит.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к первому из группы изобретений - радиационной защите космической ядерной энергетической установки является радиационная защита, выполненная в виде герметичного корпуса, заполненного гидридом лития, причем герметичный корпус образован двумя наружными коническими оболочками и внутренней цилиндрической оболочкой переменного диаметра, а также кольцевыми фланцами, к которым крепятся конические и цилиндрическая оболочки (патент на полезную модель RU 139313 от 07.10.2013, Кухарь И.Н., Слепцов Л.А., Хандамиров Ю.Э.).

Недостатком известного устройства является большая масса оболочки герметичного корпуса радиационной защиты, определяющаяся ее толщиной, составляющей порядка 2-3 мм. Такая толщина необходима для обеспечения стойкости радиационной защиты торообразной формы, выполненной методом кладки прессованных блоков гидрида лития, к механическим нагрузкам, действующим при выводе космического аппарата на орбиту, в том числе возникающим в результате воздействия нагрузок от смежных агрегатов космического аппарата.

Недостатком способа ее изготовлении являются технологические сложности с выкладкой прессованных блоков гидрида лития в торообразную форму корпуса радиационной защиты. Кроме того, закладка прессованных блоков гидрида лития в корпус проводится в атмосфере воздуха, содержащего влагу, что отрицательно влияет на рабочие характеристики гидрида лития при функционировании радиационной защиты.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к второму из группы изобретений - способу изготовления радиационной защиты, является способ изготовления радиационной защиты, заключающийся в заполнении расплавленным гидридом лития предварительно нагретого герметичного корпуса с последующей его кристаллизацией (патент RU 2137225, опубл. 10.09.1999, авторов Еремин А.Г., Коробков Л.С., Моломин В.И., Пышко А.П.).

Недостатком известного способа является возможность возникновения прострельного излучения из-за неминуемого образования трещин в гидриде лития. Это связано с тем, что в процессе литья в гидриде лития возникает градиент температур, проходящий от нижней точки герметичного корпуса, в которой начинается кристаллизация, к верхней. В результате этого в остывающем монолите гидрида лития возникают термические напряжения, в следствии действия которых образуются трещины по направлению градиента температур. В случае заливки гидрида лития через заливочную горловину, ось которой параллельна оси герметичного корпуса, направление трещин будет совпадать с направлением излучения от ядерного реактора, позволяя излучению почти беспрепятственно достигать узлов, расположенных в защищаемой зоне.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является оптимизация конструкции радиационной защиты и упрощение технологии ее изготовления.

Технический результат заявляемой группы изобретений заключается в снижении массы радиационной защиты, за счет уменьшения толщины стенки герметичного корпуса, путем перераспределения нагрузки от массы радиационной защиты и смежных с ней агрегатов с оболочек герметичного корпуса на внутренний объем гидрида лития при одновременном сохранении радиационно-защитных характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной радиационной защите космической ядерной энергетической установки, выполненной в виде герметичного корпуса, заполненного гидридом лития, причем герметичный корпус образован двумя наружными коническими оболочками и внутренней цилиндрической оболочкой переменного диаметра, а также кольцевыми фланцами, к которым крепятся конические и цилиндрическая оболочки, согласно настоящему изобретению радиационная защита дополнительно содержит не менее двух внутренних перфорированных конических оболочек, расположенных в монолите гидрида лития, и не менее одной горловины, расположенной на наружной конической оболочке таким образом, что ось горловины перпендикулярна продольной оси радиационной защиты, причем соединение внутренних перфорированных конических оболочек с внешними коническими и внутренней цилиндрической оболочками осуществляется посредством крепления к кольцевым фланцам.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления радиационной защиты космической ядерной энергетической установки, заключающимся в заполнении расплавленным гидридом лития предварительно нагретого герметичного корпуса, согласно настоящему изобретению герметичный корпус, устанавливают в заливочное приспособление своей продольной осью перпендикулярно оси слива в корпус расплава гидрида лития заливочной горловиной вверх, после чего герметичный корпус совместно с заливочным приспособлением помещают в установку для заполнения корпуса гидридом лития.

Группа изобретений поясняется рисунками:

- на фигуре 1 представлена конструктивная схема торообразной радиационной защиты.

- на фигуре 2 представлена схема установки радиационной защиты в заливочное устройство.

Радиационная защита представляет собой герметичный корпус, выполненный из двух внешних конических тонкостенных оболочек 1, 2, цилиндрической оболочки переменного диаметра 3, прикрепленных к кольцевым фланцам 4, 5. Геометрия фланцев обусловлена возможностью сварного соединения с оболочками 1, 2, 3 и тонкостенными перфорированными коническими оболочками 6, 7, находящимися в монолите гидрида лития 8 и предназначенными для увеличения жесткости конструкции. Тем самым обеспечено распределение на гидрид лития механических нагрузок, приходящих на фланцы РЗ от смежных с ней агрегатов и других возникающих нагрузок. Для обеспечения возможности заливки гидрида лития во внутренний объем герметичного корпуса на конической оболочке 1 размещена заливочная горловина 9.

Радиационная защита работает следующим образом.

При выводе на орбиту космическая установка испытывает высокие механические нагрузки. Сварная конструкция, погруженная в монолит гидрида лития, обеспечивает радиационную защиту высокой жесткостью, при этом за счет ее монолитности герметичный корпус воспринимает нагрузки совместно со всей конструкцией радиационной защиты. В связи с этим оболочки 1, 2, 3 герметичного корпуса выполнены тонкостенными - порядка 1 мм, что существенно снижает массу всей радиационной защиты. По достижению космической установкой орбиты начинает свою работу реактор, а радиационная защита выполняет экранирующие функции, обеспечивая необходимый уровень радиации для штатной работы. Прострельное излучение, связанное с образованием трещин при литье, исключается, так как направление трещин перпендикулярно направлению излучения реактора, за счет того, что заливка гидрида лития осуществлялась перпендикулярно продольной оси радиационной защиты через горловину 9, которая расположена на конусной оболочке 1.

Предложенный способ изготовления радиационной защиты торообразной формы гидридом лития осуществляется следующим образом. Корпус радиационной защиты, состоящий из двух конических тонкостенных оболочек 1, 2 и цилиндрической оболочки переменного диаметра 3, соединенных друг с другом кольцевыми фланцами 4, 5 устанавливается в заливочное приспособление 10 своей продольной осью перпендикулярно линии слива расплава таким образом, чтобы заливочная горловина 9, размещенная на боковой конической оболочке 1, находилась вверху по отношению сливающего в корпус расплава. В таком положении корпус радиационной защиты вместе с заливочным приспособлением помещается в установку 11 для заполнения корпуса гидридом лития. В процессе слива расплав гидрида лития, попадая в корпус, растекается по внутренней цилиндрической оболочке 6, постепенно заполняя пространство герметичного корпуса. За счет такого расположения герметичного корпуса радиационной защиты при заливке, в процессе кристаллизации гидрида лития образующиеся трещины располагаются перпендикулярно продольной оси радиационной защиты.

Таким образом, предложенная группа изобретений позволяет упростить технологию изготовления радиационной защиты, а также уменьшить ее массу без ущерба ее защитным характеристикам.

Изобретение относится к радиационнаой защите космической ядерной энергетической установки и способу ее изготовления. Защита содержит не менее двух внутренних перфорированных оболочек, расположенных в монолите гидрида лития, и не менее одной горловины, расположенной на наружной конической оболочке таким образом, что ось горловины перпендикулярна продольной оси радиационной защиты. Причем соединение внутренних перфорированных оболочек с внешними коническими и внутренней цилиндрической оболочками осуществляется посредством крепления к кольцевым фланцам. Способ изготовления защиты включает установку радиационной защиты в заливочное приспособление своей продольной осью перпендикулярно оси слива в герметичный корпус расплава гидрида лития заливочной горловиной вверх с последующим помещением герметичного корпуса совместно с заливочным приспособлением в установку для заполнения герметичного корпуса гидридом лития. Техническим результатом является снижение массы радиационной защиты. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Радиационная защита космической ядерной энергетической установки, выполненная в виде герметичного корпуса, заполненного гидридом лития, причем герметичный корпус образован двумя наружными коническими оболочками и внутренней цилиндрической оболочкой переменного диаметра, а также кольцевыми фланцами, к которым крепятся конические и цилиндрическая оболочки, отличающаяся тем, что радиационная защита дополнительно содержит не менее двух внутренних перфорированных конических оболочек, расположенных в монолите гидрида лития, и не менее одной горловины, расположенной на наружной конической оболочке таким образом, что ось горловины перпендикулярна продольной оси радиационной защиты, причем соединение внутренних перфорированных конических оболочек с внешними коническими и внутренней цилиндрической оболочками осуществляется посредством крепления к кольцевым фланцам.

2. Способ изготовления радиационной защиты космической ядерной энергетической установки, заключающийся в заполнении расплавленным гидридом лития предварительно нагретого герметичного корпуса с последующей его кристаллизацией, отличающийся тем, что корпус радиационной защиты устанавливают в заливочное приспособление своей продольной осью перпендикулярно оси слива в корпус расплава гидрида лития.