Космические ядерные ЭУ на основе реактора на быстрых нейтронах.

 Реактор на быстрых нейтронах — ядерный реактор, использующий для поддержания цепной ядерной реакции нейтроны с энергией > 105 эВ

В активную зону и отражатель реактора на быстрых нейтронах входят в основном тяжёлые материалы. Замедляющие ядра вводят в активную зону в составе ядерного топлива (карбид урана UC, двуокись плутония PuO₂ и пр.) и теплоносителя. Концентрацию замедлителя в активной зоне стремятся уменьшить до минимума, так как лёгкие ядра смягчают энергетический спектр нейтронов. Прежде чем поглотиться, нейтроны деления успевают замедлиться в результате неупругих столкновений с тяжёлыми ядрами лишь до энергий 0, 1—0, 4 МэВ.

Сечение деления в быстрой области энергий не превышает 2 барн. Поэтому для осуществления цепной реакции на быстрых нейтронах необходима высокая концентрация делящегося вещества в активной зоне — в десятки раз больше концентрации делящегося вещества в активной зоне реактора на тепловых нейтронах. Несмотря на это, проектирование и строительство дорогостоящих реакторов на быстрых нейтронах оправданно, так как на каждый захват нейтрона в активной зоне такого реактора испускается в 1, 5 раза больше нейтронов деления, чем в активной зоне реактора на тепловых нейтронах. Следовательно, для переработки ядерного сырья в реакторе на быстрых нейтронах можно использовать значительно бо́ льшую долю нейтронов. Это главная причина, из-за которой проводят широкие исследования в области применения реакторов на быстрых нейтронах.

Отражатель реакторов на быстрых нейтронах изготавливают из тяжёлых материалов: ²³⁸U, ²³²Th. Они возвращают в активную зону быстрые нейтроны с энергиями выше 0, 1 МэВ. Более холодные нейтроны, захваченные ядрами ²³⁸U, ²³²Th, расходуются на получение делящихся ядер ²³⁹Pu и ²³³U.

Мощность реактора регулируется подвижными тепловыделяющими сборками, ТВЭЛами со стержнями из природного урана или тория. В небольших реакторах более эффективен как регулятор подвижный отражатель: ходом цепной реакции управляют, изменяя утечку нейтронов. Если слой отражателя удалять из реактора, то утечка нейтронов увеличивается, вследствие чего тормозится развитие цепного процесса, и наоборот. Наиболее эффективны подвижные слои отражателя на границе с активной зоной.

Выбор конструкционных материалов для реакторов на быстрых нейтронах практически не ограничивается сечением поглощения, так как эти сечения в области быстрых энергий у всех веществ очень малы по сравнению с сечением деления. По этой же причине захват нейтронов продуктами деления мало влияет на загрузку ядерного топлива в реактор

 

24. радиоизотопные космические ЭУ

Радиоизотопные генераторы. РИГ – устройство, в котором тепловая энергия, выделяющаяся в результате радиоактивного распада изотопа, преобразуется в электроэнергию с помощью термоэлектрических преобразователей (ТЭЛП) или термоэмиссионных преобразователей. Термоэмиссионные преобразователи имеют более высокий КПД (15 – 16%) по сравнению с ТЭЛП (6 – 8%). Однако из-за технологических и конструкционных трудностей, несмотря на создание их опытных образцов РИГ с термоэмиссионными преобразователями, в КЭУ до настоящего времени применялись только РИГ с ТЭЛП. В связи с этим мы и далее ограничимся последними.

РИГ состоит из одного (нескольких) изотопных тепловых блоков цилиндрической или призматической формы, вокруг которого радиально расположены ТЭЛП (рис. 12). Сам изотопный тепловой блок представляет собой металлическую капсулу (или капсулы), содержащую изотопное топливо и имеющую наружное абляционное покрытие, обеспечивающее тепловую защиту при ее аварийном аэродинамическом спуске.

 

Рис. 12. Конструктивная схема РИГ: 1 – теплоизоляция, 2 – ампула с изотопом, 3 – изотопный тепловой блок, 4 – ТЭЛП, 5 – корпус-излучатель

 

Тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде изотопа в изотопном тепловом блоке, передается излучением или теплопроводностью на теплоприемные «башмаки», увеличивающие тепловоспринимающую поверхность ТЭЛП, и поступает на их «горячие» спаи. Непреобразованная в электрическую энергию часть тепла с «холодных» спаев ТЭЛП передается посредством теплопроводности на корпус РИГ, играющий роль холодильника-излучателя, и сбрасывается в окружающее космическое пространство. Для увеличения поверхности теплосброса корпус РИГ часто делают оребренным.

Чтобы уменьшить непроизводительные утечки тепла, пространство между ТЭЛП и торцы РИГ заполняют высокоэффективной теплоизоляцией. При этом коэффициент использования тепла изотопного теплового блока составляет 0, 8 – 0, 9. ТЭЛП в РИГ соединяются электрически последовательно, а для получения заданных напряжения и мощности – параллельно.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: