Радиационная защита космической ядерной энергетической установки

 

Cущность изобретения: в радиационной защите, содержащей контейнер в виде конической обечайки и днищ с вваренными в них трубами, проходящими сквозь контейнер, каждая труба снабжена внутри чехлом меньшего диаметра. По торцам труб и чехлов установлены фланцы, герметизирующие образованную ими кольцевую полость, которая заполнена гранулированным гидридом лития. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики для космических аппаратов и, в частности к теневым радиационным защитам (РЗ) космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ), предназначенных для снижения уровня нейтронного излучения от ядерного реактора до значений, допустимых для полезной нагрузки космического аппарата.

Известен ряд конструкций таких РЗ, использующих в качестве материала легкой компоненты (предназначенной, в основном, для снижения уровня нейтронного излучения) гидрид лития, заполняющий путем заливки или закладкой прессованных блоков металлический контейнер (описание конструкции радиационной защиты ЯЭУ SNAP-10А в журнале: Вопросы ракетной техники, 1965, N2(122), с. 3-17; конструкция РЗ в книге: Основные теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ. Л. Энергоиздат, 1987, с. 275-276); способы изготовления (журнал Nuclear Еngineering and Design, 1974 N 26 р.р 444 460).

Недостатком этой конструкции является отсутствие в РЗ сквозных каналов для прохода элементов регулирования реактора. Наиболее близким техническим решением к заявленному является конструкция радиационной защиты космической ядерной энергетической установки, содержащей контейнер в виде конической обечайки с днищами, в которые вварены сквозные трубы и заполненный методом заливки гидридом лития, образующим после застывания твердый монолит (конструкция РЗ ЯЭУ в книге "Конструкция и расчет на прочность космических электроракетных двигателей", М. Машиностроение. 1970, с. 83, 4th Semposium on Space Nuclear Power Systems. CONF-870102 Symms Albuquerke 1978. p.p 115 - 118).

Недостатком этой конструкции и способа ее изготовления является невозможность уменьшения кольцевого зазора между элементом системы регулирования и РЗ до необходимых для радиационной безопасности величин (до 1 мм) ввиду значительного деформирования труб (более 3 мм) при кристаллизации гидрида лития.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение увеличение ресурса РЗ или эквивалентное снижение ее массы.

Технический результат повышение прямолинейности труб, предназначенных для прохода по ним сквозь РЗ элементов регулирования реактора.

Этот результат достигается тем, что каждая труба снабжена внутри соосно расположенным чехлом меньшего диаметра и фланцами, герметизирующими по торцу образованную ими кольцевую полость, в которую помещен гранулированный гидрид лития.

Кроме того, в стенке трубы, отделяющей полость литого гидрида лития от гранулированного, выполнено соединительное отверстие.

На фиг.1 и 2 приведена конструктивная схема РЗ в соответствии с признаками заявленного изобретения.

Теневая радиационная защита космической ЯЭУ (фиг.1), содержащая контейнер в виде конической обечайки 1 с днищами 2, 3, в которые вварены сквозные трубы 4 и заполненный методом заливки гидрид лития, образующим после застывания монолит 5.

Каждая труба 4 снабжена соосно расположенным чехлом 6 (фиг.2) и фланцами 7 и 8, герметизирующими образованную ими кольцевую полость, в которую помещен гранулированный гидрид лития 9.

В стенке трубы 4, отделяющей полость литого гидрида лития 5 от гранулированного 9, выполнено соединительное отверстие 10.

Данное устройство работает следующим образом.

Нейтронный поток при достижении защиты ослабляется как монолитом гидрида лития 5, так и гранулированным гидридом лития 9. Часть нейтронов, попавшая в зазор между чехлом 6 и элементом системой регулирования 11, ввиду его малой величины претерпевает многократное рассеивание, в результате которого нейтронный поток также ослабляется. В то же время гарантированный зазор, обусловленный калиброванным сечением чехла 6, обеспечивает нормальное функционирование системы регулирования реактора.

Таким образом предложенная конструкция РЗ позволяет иметь зазор между проходящим сквозь защиту элементом регулирования реактора и чехлом не более 1 мм при любом возможном деформировании трубы, что в итоге существенно снижает "прострел" ионизирующего излучения по кольцевому зазору между элементом системы регулирования и защитой. Как следствие, при заданном предельно допустимом флюенсе нейтронов на полезной нагрузке решается задача увеличение ресурса РЗ или эквивалентного снижения ее массы.

Как показал расчет применительно к типичной КЯЭУ электрической мощностью порядка несколько кВ (по конфигурации и взаимному расположению агрегатов, соответствующей КЯЭУ "Топаз" (журнал "Атомная энергия", т.71, 1991, с. 393) для РЗ, толщиной около 600 мм, уменьшение ее толщины за счет повышения прямолинейности труб, предназначенных для прохода по ним сквозь защиту элементов регулирования реактора, как следствие уменьшение "прострела" ионизирующего излучения, составляет порядка 20 мм, что соответственно снижает массу РЗ, т. е. решает задачу, на выполнение которой направлено заявленное изобретение.

Формула изобретения

1. Радиационная защита космической ядерной энергетической установки, содержащая контейнер в виде конической обечайки и днищ с вваренными в них трубами, проходящими сквозь контейнер, который заполнен методом литья гидридом лития, образующим после застывания монолит, отличающаяся тем, что каждая труба снабжена внутри соосно расположенным чехлом меньшего диаметра и фланцами, герметизирующими по торцу образованную ими кольцевую полость, в которую помещен гранулированный гидрид лития.

2. Радиационная защита по п. 1, отличающаяся тем, что в стенке трубы, в которую помещен чехол, выполнено отверстие, соединяющее полости литого гидрида лития и гранулированного.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2