Ядерные реакторы

В СССР решение о создании ядерных стратегических ракет и ракет космического назначения было принято в 1957. Реальные эксперименты в этом направлении были начаты, после пуска на Семипалатинском полигоне импульсного реактора ДОУ-3 («До моего третьего удара», - шутил И. В. Курчатов. Реактор был пущен после его смерти). Ректор выдавал мощные потоки нейтронов и использовался для испытания радиационной стойкости материалов, топливных сборок и т.п. На этом реакторе удалось нагреть струю водорода до температуры 3000оС. В 1961 на Семипалатинском полигоне был запущен реактор ИГР и начаты первые эксперименты. В 1975­1989 на реакторе ИВГ-1 выполнена отработка тепловыделяющих сборок на ресурс в форсированном режиме при температурах до 3100 К и тепловых потоках 20 кВт/см3 (на порядок выше, чем в США). А на стендовом реакторе ЯРД минимальной размерности ИРГИТ проводились запуски при мощности 60 МВт и температуре 2650 К. Закон радиоактивного распада Рассмотрим общий для всех видов радиоактивности закон протекания этих процессов во времени.

В 70-80-е годы КБ "Салют", КБ химавтоматики, ИАЭ, НИКИЭТ и НПО "Луч" (ПНИТИ) разработали различные проекты космических ЯРД и ядерных энергодвигательных установок. В КБ химавтоматики создавались ЯРД РД 0411 и ядерный двигатель минимальной размерности РД 0410 тягой 40 и 3,6 т соответственно. В результате были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний на газообразном водороде. В отличие от американского, с удельным импульсом не больше 8250 м/с, советский ЯРД за счет более жаростойких и совершенных по конструкции тепловыделяющих элементов и высокой температуры в активной зоне имел этот показатель равным 9100 м/с. Стендовая база «Байкал-1» для испытаний ЯРД размещалась в 60 км юго-западнее г. Семипалатинск-21. Она начала работать в 1962-м. В 1971-1978 на полигоне испытывались тепловыделяющие элементы прототипов ЯРД. С 1970 по 1988 год проведено около 30 «горячих» пусков реакторов. При этом мощность не превышала 230 МВт при расходе водорода до 16,5 кг/с и его температуре на выходе из реактора 3100 К. Все запуски прошли успешно и безаварийно.

Конструкторы ОКБ-11 С.П.Королева рассматривали несколько вариантов космических и боевых ракет, оснащенных ядерными ракетными двигателями (ЯРД). В качестве рабочего тела оценивались вода и сжиженные газы - водород, аммиак и метан. На созданных прототипах ЯРД достигнуты экстремальные для ядерных реакторов значения удельной мощности и температуры рабочего тела. Газоохлаждаемый реактор размером с небольшой бочонок имел параметры:
мощность 200 МВт, температуру газа 3200К, время непрерывной работы 10 минут и при этом излучал 2х1015 н*см2/с. Экспериментальный РД-0410 имел тягу 3,6 т при массе (вместе с радиационной защитой и рамой крепления) 2 т. Выигрыш очевиден.

Двигатель РД-0410 за 10 включений в течение 1 часа выдаёт тягу 3.6 т и скорость истечения 8,93 км/с при тепловой мощности реактора 196 МВт. Агрегат с теневой защитой, но без высотного сопла имеет длину 3.6 м, диаметр 1.6 м и массу 2 тонны. Нужно отметить, что размерность выбиралась такой, чтобы можно было испытать установку на существующих стендах. Но имеющиеся технологии позволяют, без принципиальных изменений конструкции и почти не меняя размеров и массы, создать двигатель тягой 40 тонн - для межпланетных кораблей, стартующих с околоземной орбиты этого больше чем достаточно. Можно и больше, но тогда нужно перекомпоновывать тепловыделяющую сборку. Управление реактором осуществляется не стержнями, вводимыми в активную зону, а поворотными барабанами, заполненными карбидоим бора, и расположенными в бериллиевом отражателе по ее периферии. Понятно, что такая схема (кстати, типовая для отечественных реакторов космического назначения, и известном «Топазе» то же самое) работает только при определенной геометрии реактора.

Масса силовой установки, использующей ядерные реакции деления, может быть всего порядка сотни килограммов (и даже меньше) а мощность при этом многократно превышать мощность двигателя внутреннего сгорания такой же массы. Вряд ли кто-то решится ставить ядерные реакторы на самолёты или автомобили. В космосе же требуются большая мощность и продолжительность работы двигателя при минимальном весе топлива, поэтому для космических транспортных систем будущего ядерная энергия может оказаться самой перспективной.

Разработка ракет с ядерным двигателям, предназначенных для вывода на орбиту искусственных спутников земли, была остановлена по экологическим причинам. Однако, ядерные ракеты для межпланетных путешествий продолжают разрабатываться. Предполагается, что на таких ракетах будут установлены высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, в которых в качестве теплоносителя используется водород.


На главную