10

Федеральное агентство по образованию

____________________

Московский авиационный институт

(государственный технический университет)

__________________________________________________________________________________

А.Г. Еремин, М.Ю.Федоров

Основные принципы конструирования ядерных реакторов космических яэу

Учебное пособие

Утверждено на заседании редсовета ………… 2010 г.

Москва

Издательство МАИ

2011

Предисловие

Развитие космической ядерной энергетики, начавшееся в середине 60-х годов XX века, привело к созданию ЯЭУ «SNAP-10A», «Бук», «Топаз». Последние две ЯЭУ прошли летные испытания в 70-80 годы. В результате был накоплен большой опыт конструирования, изготовления и испытаний подобных систем. Однако постоянное усложнение задач вызвало необходимость дальнейшего развития расчетных и конструкторских подходов в проектировании ЯЭУ. Особенно это относится к одному из основных элементов энергетической установки – ядерному реактору и реактору-преобразователю.

В представленном пособии рассмотрен этап конструирования ядерного реактора и реактора-преобразователя. Глубина изложения материала определяется уровнем курсового проекта, выполняемого по дисциплине «Конструкция и расчет аппаратов нагрева». Пособие знакомит студента с основными требованиями, предъявляемыми к конструкции реактора и реактора-преобразователя, основами их проектирования, конструктивными решениями отдельных элементов, методами расчетов на прочность, применяемыми материалами и технологическими особенностями конструкции.

В первых трех разделах представлены требования, предъявляемые к конструкции космических ядерных реакторов и РП, приведены типичные их конструктивные схемы, дан схематичный алгоритм построения конструкции и наиболее важных ее элементов.

В следующем разделе приводится перечень материалов, применяемых в конструкции реакторов и РП.

Пятый раздел посвящен прочностным расчетам реактора.

Изложенные в пособии материалы основаны на работах, выполненных в ФГУП «Красная Звезда» и опубликованных в открытой печати.

Введение и главы 1,2,3,4 подготовлены д.т.н. А.Г.Ереминым, глава 5 – к.т.н. М.Ю.Федоровым.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам - коллективу кафедры «Перспективные методы получения и преобразования энергии Обнинского института атомной энергетики – филиала НИЯУ МИФИ, профессору, д-ру техн. наук В.И.Ярыгину, начальнику отдела ФГУП «Красная Звезда» Б.В.Сливкину - за ценные замечания, сделанные после ознакомления с пособием.

Сокращения

АЗ - активная зона

ГПД – газовые продукты деления

КА – космический аппарат

КЯЭУ – космическая ядерная энергетическая установка

ОР – орган регулирования

РМ – распределительный механизм

РП – реактор-преобразователь

САУ – система автоматического управления

СБ – стержень безопасности

ТВЭЛ - тепловыделяющий элемент

ЭГК – электрогенерирующий канал

Введение

Космическая ядерная энергетическая установка характеризуется наличием на борту ядерного реактора или РП. Он является основным элементом энергетической установки, определяющим ее энергетический потенциал и, соответственно, уровень решаемых КА задач. Принимая во внимание требуемые энергетические мощности, компактность, автоматический режим и длительный срок функционирования (более 10 лет) проектирование реактора представляет собой крайне сложную задачу /1,2/. Ее решение включает в себя вопросы, связанные с нейтронно-физическими, тепловыми, гидравлическими и прочностными расчетами, материаловедческими исследованиями и технологическими проблемами. В реакторах-преобразователях к этому перечню добавляются вопросы термоэмиссионного преобразования энергии.

Задача конструктора ядерного реактора или РП заключается в реализации с минимальными массогабаритными характеристиками полученных результатов в конструкцию реактора и его элементов. От того насколько совершенна и технологична конструкция во многом зависят параметры создаваемой КЯЭУ и КА.