Ядерные реакторы

В 50-е ядерные двигатели с газовой активной зоной привлекли внимание специалистов благодаря своим высоким характеристикам: в то время удельная тяга оценивалась величиной 6000 с при тяге, достигающей 130 кг. В 60-х рассматривалась замкнутая и открытая схемы ядерных двигателей с газовой активной зоной. Реализация открытой схемы представляется более простой: необходимо лишь обеспечить требуемое содержание ядерного горючего путем соответствующей организации течения рабочего тела и управления реактором. Разогрев рабочего тела в ЯРД с твердофазным реактором ограничен температурой тепловыделяющих элементов и стойкостью их материала. А чем выше температура, тем больше удельный импульс двигателя. Однако если использовать газообразное ядерное топливо, то эта проблема снимается. Степень опасности радионуклидов как источников внутреннего облучения оценивают обычно путём контроля из содержания в объектах внешней среды – в воздухе, воде, продуктах питания. Количество попадающих в организм радионуклидов – величина очень трудно контролируемая. Поэтому рассчитаны ДК радионуклидов для тех сред, с которыми они могут поступить в организм человека и которые можно контролировать. Важнейшие из них – воздух и вода. ДК радионуклидов в продуктах питания могут быть рассчитаны по тем же формулам, что и для ДК радионуклидов в воде.

В основе одного из проектов такой установки - высокотемпературный ГФЯР со вспомогательными подвижными твердофазными тепловыделяющими сборками, которые обеспечивают критическую массу ядерного горючего. Основным элементом конструкции является одна или несколько рабочих камер, окруженных замедлителем-отражателем нейтронов. Ядерное горючее внутри камер удерживается изолированно от стенок в плазменном состоянии в количестве, необходимом для самоподдерживающейся цепной реакции. В промежутке между зоной делящейся плазмы и стенками организуется поток рабочего тела. Нагрев рабочего тела обеспечивается лучистым теплопереносом, при этом его температура на выходе рабочей камеры достигает 10000К. В центральной цилиндрической полости за счет магнитного поля соленоида, окружающего реактор, формируется малорасходная, «застойная», зона. Уран, находящийся в ней в газовой фазе, разогревает протекающий водород за счет распределенных в газе лучепоглощающих добавок и не смешивается с ним. Поглощение лучистой энергии рабочим телом обеспечивает одновременно и тепловую защиту стенок. Истекающая из сопла плазма обладает высокой электропроводностью и обеспечивает получение электрической энергии во встроенном в сопло МГД-генераторе. Эта энергия необходима для питания соленоида, насосов, подающих рабочее тело, и бортовых систем аппарата. Удельный импульс ГФЯРД достигает 20000 м/с.

Газофазный ТВЭЛ заключён в ампулу, в которую непрерывно поступает ядерной топливо. Топливо представляет собой либо пасту, содержащую мелкодисперсный урановый порошок и щелочные металлы, либо расплав урана, разогреваемого непосредственно перед подачей в камеру. Ураносодержащая струя, поступающая в камеру, под действием нейтронного потока высокой интенсивности разогревается, испаряется и переходит в плазменное состояние. Излучение от этой плазмы нагревает рабочее тело. Внутренняя стенка входного конического участка рабочей камеры выполняется из тугоплавкого сплава. Эта стенка газопроницаема, что позволяет вдувать водород и гелий вместе со струей ядерного топлива. Тем самым исключается образование рециркуляционной зоны на участке испарения топлива и турбулизация потока. Вдуваемый водород, в свою очередь, даёт периферийный спутный поток, отделяющий стенки камеры от центральной струи урановой плазмы.


На главную