1.Требования к конструкции реактора и реактора-преобразователя.

Конструкция реактора и РП КЯЭУ должна отвечать широкому комплексу требований, вытекающих из условий их функционирования и ограничений, присущих ядерно-опасным объектам. Условия функционирования включают в себя все этапы эксплуатации, начиная от изготовления изделия, контрольно-испытательных операций, доставки энергетической установки на рабочую орбиту и саму работу в заданных энергетических режимах на протяжении всего ресурса. В соответствии с таким подходом рассмотрим предъявляемые к конструкции требования. При этом будем считать, что тепловая мощность реактора или электрическая РП изначально соответствует заданной.

Для удобства изложения материала пособия и его лучшего понимания, а также, принимая во внимание, что ядерный реактор и РП в конструктивном плане во многом идентичны, рассматриваемые технические решения будут относиться как к реактору, так и к РП. В случае каких либо отличий они будут оговариваться особо и рассматриваться подробно для каждой конкретной конструкции.

Главным критерием конструкции любого летательного аппарата, к которому относится и КЯЭУ, является его масса. Кроме того, учитывая, что КЯЭУ представляет собой полезную нагрузку ракеты-носителя, требование минимизации массы сопровождается и требованием минимизацией габаритов энергетической установки, распространяемое и на конструкцию реактора или РП. Именно они являются критериями выполнения остальных требований и характеризуют эффективность созданной конструкция.

Следующим требованием, определяющим работоспособность реактора, служит прочность конструкции. Она определяет конструктивные решения отдельных узлов и элементов, толщины используемых в конструкции оболочек и пластин (трубных досок), применение соответствующих материалов. Следует отметить, что часть материалов (материал замедлителя, отражателя реактора и т.д.) задается нейтронно-физическим расчетом и не может быть изменена в процессе проектирования. Поэтому задача проектанта состоит в поиске таких решений, которые максимально реализовали бы их свойства в конструкцию реактора. При этом необходимо иметь в виду, что она во время работы подвергается значительным тепловым и радиационным нагрузкам, особенно при рассматриваемых в настоящее время ресурсах (10 и более лет).

Особенностью нагружения конструкции реактора или РП, в определенной степени облегчающей их проектирование, является разнесенность по времени действие тепловых и механических нагрузок. Максимальные механические нагрузки приходятся на момент вывода ЯЭУ на орбиту при неработающем реакторе, т.е. при нормальной температуре. Они включают линейные, вибрационные, ударные и акустические перегрузки. Наиболее значимые - линейные перегрузки при температуре  50^оС лежат в пределах: осевые -  4,0 ....10 g; поперечные -  1,5 g

Тепловое и радиационное нагружение реализуются при весьма незначительных механических воздействиях, например, при работе плазменных или ионных движителей. Более подробно вопросы нагружения конструкции и используемые при этом методы расчета изложены ниже в разделе 5.

Эта особенность нагружения не относится к реакторам с газовым охлаждением, используемым в газотурбинных энергетических установках. В них имеет место одновременное тепловое и механическое (внутреннее давление) нагружение.

Значительные тепловые нагрузки, испытываемые конструкцией реактора (до 1000^оС у реактора на быстрых нейтронах), и температурные ограничения на некоторые используемые материалы, например, гидрид циркония – 550^оС (реактор на промежуточных нейтронах), ставят вопрос организации в реакторе соответствующего теплового режима (температурного поля) конструкции. Он должен обеспечить функционирование таких ответственных агрегатов, как регулирующие органы и органы системы ядерной безопасности. В РП этот вопрос осложняется температурными ограничениями, накладываемыми цезиевой системой термоэмиссионного преобразователя /2/.

Следует иметь в виду, что реактор, при всей его значимости, является одним из агрегатов создаваемой ЯЭУ. В связи с этим его конструкция должна органически вписываться в общую компоновку энергетической установки и всего КА. Это требование наиболее сильно проявилось в космических ЯЭУ второго поколения, в которых вопросы обеспечения радиационной обстановки на КА стали во многом определяющими, и применение соответствующих конструктивных решений существенно облегчает достижение этой цели.

Одним из важнейших требований к конструкции реактора, как ядерно-опасного объекта, является требование обеспечения ядерной безопасности на всех этапах его функционирования, включая аварийные ситуации. Оно реализуется посредством выдачей рекомендаций по конструкции активной зоны реактора, органов его регулирования и ядерной безопасности.

Традиционным требованием к конструкции является ее технологичность. В случае реактора этот вопрос становится особенно актуальным. Помимо традиционной необходимости возможности сборки и испытаний, технологичность конструкции реактора тесно связана с обеспечением требований ядерной безопасности. Все операции с ТВЭЛами или ЭГК (ядерным горючим) необходимо проводить под контролем. Причем действие штатных органов регулирования и ядерной безопасности ЯЭУ должно дублироваться стендовыми системами. Конструкция реактора или РП и порядок их сборки должны обеспечить проведение подобных операций.

Рассмотренные выше требования к конструкции свидетельствуют о множестве сложных задач, возникающих при их проектировании реактора или РП.