Atominė elektrinė raketoms. Buitinių kosminių branduolinių įrenginių istorija Raketų atominė elektrinė

2009 m. Rusijos Federacijos prezidento vadovaujama Rusijos ekonomikos modernizavimo ir technologinės plėtros komisija nusprendė įgyvendinti projektą „Transporto ir energetikos modulio sukūrimas megavatų klasės atominės elektrinės pagrindu“.
UAB „NIKIET“ paskirta reaktoriaus gamyklos vyriausiuoju projektuotoju.
2008 m. rugpjūčio 29 d. Federalinė kosmoso agentūra išdavė NIKIET licenciją Nr. 981K vykdyti kosmoso veiklą.

Iš interviu su Yu.G. Dragunovo RIA ". Paskelbta 2012-08-28

Rusija aktyviai plėtoja branduolinę energetiką, remdamasi didžiule patirtimi ir žiniomis, sukaupta per dešimtmečius vykdant šalies branduolinę programą.
Vienas iš pionierių kuriant proveržio technologijas mūsų šalyje ir pasaulyje yra Energetikos inžinerijos tyrimų ir projektavimo institutas, pavadintas N.A. Dollezhal (NIKIET), šiemet švenčiantis 60 metų jubiliejų. Instituto specialistai įnešė neįkainojamą indėlį į mūsų šalies gynybinį pajėgumą, parengė pirmojo reaktoriaus, skirto ginkluotiems izotopams gaminti, pirmojo reaktoriaus įrenginiui branduoliniam povandeniniam laivui ir pirmojo atominės elektrinės elektrinio reaktoriaus projektus. Remiantis projektais ir dalyvaujant NIKIET, Rusijoje ir užsienyje sukurti 27 mokslinių tyrimų reaktoriai.
O šiandien institutas stato visiškai naujus reaktorius, kuria reaktorių įrenginį unikaliai megavatų klasės atominei elektrinei erdvėlaiviui, neturinčiam analogų pasaulyje.
NIKIET direktorius - generalinis dizaineris, Rusijos mokslų akademijos narys korespondentas Jurijus Grigorjevičius Dragunovas RIA Novosti papasakojo apie tai, kaip vyksta darbas Rusijos branduolinio mokslo ir technologijų proveržio srityse.
– Institutas kuria unikalų branduolinį variklį naujam Rusijos erdvėlaiviui. Kokioje stadijoje dabar yra šis projektas?
– Per visus 60 gyvavimo metų institutas vadovavosi NIKIET įkūrėjo ir pirmojo direktoriaus, akademiko N.A. Dollezhal: „Jei gali, pirmyn šimtmečiu“. Ir šis projektas yra to įrodymas. Šios instaliacijos kūrimas yra sudėtingas Valstybinio tyrimų centro FSUE „Keldysh Center“, UAB „RSC Energia“, KBKhM im. ESU. Isajevas ir valstybinės korporacijos „Rosatom“ įmonės. Mūsų institutas yra paskirtas kaip vienintelis rangovas reaktoriaus įrengimui ir yra paskirtas kaip „Rosatom“ organizacijų darbų koordinatorius. Kūrinys išties unikalus, analogų šiandien nėra, todėl gana sunkus. Kadangi esame projektavimo organizacija, turime tam tikrus žingsnius, etapus ir juos einame žingsnis po žingsnio. Pernai baigėme rengti preliminarų reaktoriaus projektą, o šiemet – techninį reaktoriaus projektą. Reikia atlikti daugybę bandymų, ypač kuro, įskaitant kuro ir konstrukcinių medžiagų elgsenos reaktoriaus sąlygomis tyrimus. Techninio projekto darbas bus gana ilgas, maždaug 3 metai, tačiau pirmąjį techninio projekto etapą, pagrindinę dokumentaciją parengsime dar šiemet. Šiandien nustatėme ir priėmėme techninį sprendimą dėl kuro elemento projektavimo varianto ir galutinį techninį sprendimą dėl reaktoriaus projektavimo varianto pasirinkimo. O vos prieš porą savaičių priėmėme techninį sprendimą dėl branduolio dizaino varianto ir jo išdėstymo pasirinkimo.
– Kokios problemos? Ar tikrai viskas vyksta taip sklandžiai?
– Šiandien turime gana platų bendradarbiavimą, daugiau nei trys dešimtys organizacijų dalyvauja kuriant reaktoriaus projektą. Visi susitarimai šia tema yra sudaryti ir yra visiškas įsitikinimas, kad šį darbą atliksime laiku. Darbus koordinuoja projektų vadovų taryba, kuriai pirmininkauju aš, o darbų būklę peržiūrime kartą per ketvirtį. Yra viena problema, negaliu jos nepaminėti. Deja, kaip ir kitur visais klausimais, mūsų sutartys sudaromos vienerių metų laikotarpiui. Išvados procesas yra nubrėžtas ir, atsižvelgiant į konkurso procedūroms skirtą laiką, mes iš tikrųjų eikvojame savo laiką. NIKIET priėmiau sprendimą – atidarome specialų užsakymą ir pradedame dirbti sausio 11 d. Tačiau daug sunkiau pritraukti dalyvius. Iškilo problema, todėl šiandien paprašėme savo dalyvių pateikti planus bent trejiems metams, kol plėtra bus baigta. Šiuos siūlymus formuojame ir kreipsimės į Vyriausybę su prašymu pereiti prie šio projekto trejų metų sutarties. Tada aiškiai matysime grafiką ir geriau organizuosime bei koordinuosime darbus prie projekto. Šios problemos sprendimas yra labai svarbus sėkmingam projekto įgyvendinimui.
– Tai bus grynai rusiškas projektas, MTEP nepritrauksite užsienio partnerių?
– Manau, kad projektas bus grynai rusiškas. Čia dar yra daug know-how, daug naujų sprendimų ir, mano nuomone, projektas turėtų būti grynai rusiškas.
– Koks kuras bus kosminio reaktoriaus įrenginyje?
– Iš esmės šiame techninio projekto etape buvo priimtas dioksido kuro variantas. Kuras, turintis patirties eksploatuojant įrenginius, turinčius šiluminės emisijos. Kuro elementą padarėme skersinį, kad būtų užtikrintos sąlygos, kurios jau buvo išbandytos veikiančiuose reaktoriuose. Taip, tai naujovė, taip, tai novatoriškas projektas, tačiau pagrindiniai elementai turi būti parengti ir užbaigti per prezidentinio projekto nustatytus terminus.
– Ar svarstote galimybę perkrauti kurą įrenginyje?
– Ne, perkrovimo varianto šiandien nesvarstome. Jis gali būti pakartotinai naudojamas, bet mes tikimės 10 metų veikimo ir manau, kad, sprendžiant iš diskusijų mokslininkų bendruomenėje su Roscosmos rezultatais, šiandien nėra užsibrėžta užduotis ilginti montavimo darbus. „Roscosmos“ diskutuoja apie instaliacijos galios didinimą, tačiau tai apskritai nebus problemų, jei užbaigsime šį projektą, įgyvendinsime jį ir, svarbiausia, stende išbandysime antžeminį prototipą. Po to galime lengvai jį apdoroti iki didesnės galios.

Branduolinės energijos ir jėgos varomųjų sistemų kūrimas kosmoso reikmėms

1960–1989 metais Semipalatinsko bandymų poligone buvo vykdomas branduolinio raketinio variklio kūrimo darbas.

Buvo sukurti:

IGR reaktorių kompleksas;
stendinis kompleksas „Baikal-1“ su IVG-1 reaktoriumi ir dviem darbo stotimis 11B91 gaminiams išbandyti;
RA reaktorius (IRGIT).

IGR reaktorius

IGR reaktorius yra impulsinis terminis neutroninis reaktorius su vienalyte šerdimi, kuri yra urano turinčių grafito blokų, surinktų kolonų pavidalu, šūsnis. Reaktoriaus reflektorius suformuotas iš panašių blokų, kuriuose nėra urano.

Reaktorius neturi priverstinio aktyviosios zonos aušinimo. Reaktoriaus veikimo metu išsiskirianti šiluma sukaupiama mūro, o vėliau per reaktoriaus indo sieneles perduodama į aušinimo kontūro vandenį.

IGR reaktorius

IVG-1 reaktoriaus ir komponentų tiekimo sistemos

Reaktorius RA (IRGIT)

Pasiekti rezultatai

1962-1966 m

IGR reaktoriuje buvo atlikti pirmieji NRE modelio kuro strypų bandymai. Bandymų rezultatai patvirtino galimybę sukurti kuro elementus su kietais šilumos mainų paviršiais, veikiančiais aukštesnėje nei 3000K temperatūroje, savitais šilumos srautais iki 10 MW/m2 galingos neutronų ir gama spinduliuotės sąlygomis (buvo atliktas 41 paleidimas, 26 modelių kuro rinklės). buvo išbandytos įvairios modifikacijos).

1971–1973 m

IGR reaktoriuje buvo atlikti dinaminiai aukštos temperatūros NRE kuro šiluminio stiprumo bandymai, kurių metu buvo realizuoti šie parametrai:

Savitasis energijos išsiskyrimas kure – 30 kW/cm3
savitasis šilumos srautas nuo kuro elementų paviršiaus – 10 MW/m2
aušinimo skysčio temperatūra – 3000K
aušinimo skysčio temperatūros kitimo greitis didėjant ir mažėjant galiai – 1000 K/s
vardinio režimo trukmė – 5 s

1974–1989 m

IGR reaktoriuje buvo išbandytos įvairių tipų branduolinių reaktorių, branduolinių varomųjų blokų ir dujų dinaminių įrenginių kuro rinklės su vandeniliu, azotu, heliu ir oru.

1971–1993 m

Buvo atlikti kuro išsiskyrimo į dujinį aušinimo skystį (vandenilis, azotas, helis, oras) 400...2600K temperatūrų intervale ir dalijimosi produktų nusėdimo dujų grandinėse, kurių šaltiniai buvo eksperimentinės kuro rinklės, tyrimai. esančios IGR ir RA reaktoriuose.

IVG-1 reaktoriuje gautų rezultatų palyginamieji rodikliai
ir pagal branduolinių raketų kūrimo programas JAV

SSRS
1961-1989
Išleistos lėšos, milijardai dolerių ~ 0,3
5
elementiškai
Kuro sudėtis
UC-ZrC,
UC-ZrC-NbC

vidutinis/maksimalus, MW/l 15 / 33
3100
Savitasis traukos impulsas, s ~ 940
4000

JAV
Aktyvių veiksmų šia tema laikotarpis 1959-1972
Išleistos lėšos, milijardai dolerių ~2,0
Pagamintų reaktorių blokų skaičius 20
Plėtros ir kūrimo principai integralas
Kuro sudėtis Kietas tirpalas
UC2 grafite
matrica
aktyviosios zonos šiluminis intensyvumas,
vidutinis/maksimalus, MW/l 2,3 / 5,1
Maksimali pasiekta darbinio skysčio temperatūra, K 2550 2200
Savitasis traukos impulsas, s ~ 850
Eksploatavimo laikas esant maksimaliai darbinio skysčio temperatūrai, s 50 2400

Vakar be jokio perdėto tapome epochinio įvykio liudininkais, atveriančio naujas, absoliučiai fantastiškas perspektyvas karinei technikai ir (ateityje) energetikai bei transportui apskritai.

Bet pirmiausia norėčiau suprasti, kaip veikia raketų ir povandeninių transporto priemonių atominė elektrinė, apie kurią kalbėjo Putinas. Kas tiksliai yra jo varomoji jėga? Iš kur atsiranda trauka? Ne dėl neutronų, išbėgančių iš purkštuko...

Kai iš kolegos žodžių sužinojau, kad sukūrėme beveik neriboto skrydžio nuotolio raketas, apstulbau. Atrodė, kad jam kažko trūksta, o žodis „neribotas“ buvo paminėtas kokia nors siaura prasme.

Tačiau iš pirminio šaltinio gauta informacija abejonių nekėlė. Priminsiu, tai skambėjo taip:

Vienas iš jų – nedidelės, itin galingos atominės elektrinės sukūrimas, kuris dedamas į sparnuotosios raketos korpusą, pavyzdžiui, mūsų naujausia iš oro paleidžiama X-101 raketa ar amerikietiška „Tomahawk“, bet tuo pačiu metu. teikia dešimtis kartų - dešimtis kartų! – ilgas skrydžio nuotolis, kuris praktiškai neribojamas.

Neįmanoma buvo patikėti tuo, ką išgirdo, bet buvo neįmanoma netikėti – JIS tai pasakė. Įjungiau smegenis ir iškart gavau atsakymą. Taip, kas!

Na, po velnių! Na, genijai! Normaliam žmogui tai niekada net neateitų į galvą!

Taigi iki šiol žinojome tik apie kosminių raketų branduolines varymo sistemas. Kosminėse raketose būtinai yra medžiagos, kuri, kai kaitinama ar pagreitinama atominės elektrinės varomu greitintuvu, jėga išmetama iš raketos antgalio ir suteikia jai trauką.

Tokiu atveju medžiaga sunaudojama ir variklio veikimo laikas yra ribotas.

Tokios raketos jau egzistavo ir egzistuos. Bet kaip juda naujo tipo raketos, jei jos nuotolis yra „praktiškai neribotas“?

Atominė elektrinė raketoms

Grynai teoriškai, be raketoje esančios medžiagos traukos, raketos judėjimas yra įmanomas dėl elektros variklių su „sraigtais“ (sraigtinio variklio) traukos. Elektrą gamina generatorius, varomas atominės elektrinės.

Bet tokios masės negalima išlaikyti ore be didelio sraigto varomo sparno ir net su mažo skersmens sraigtais – tokia trauka per maža. Bet tai yra raketa, o ne dronas.

Taigi, belieka pats netikėčiausias ir, pasirodo, efektyviausias būdas aprūpinti raketą medžiaga traukai – paimti ją iš supančios erdvės.

Tai yra, kad ir kaip stebėtinai tai skambėtų, naujoji raketa veikia „oru“!

Ta prasme, kad iš jo purkštuko išbėga būtent pašildytas oras ir nieko daugiau! Ir oras neištrūks, kol raketa bus atmosferoje. Būtent todėl ši raketa yra sparnuotoji raketa, t.y. jo skrydis visiškai vyksta atmosferoje.

Klasikinės ilgo nuotolio raketų technologijos bandė priversti raketą skristi aukščiau, kad sumažintų trintį su oru ir taip padidintų jų nuotolį. Kaip visada, sulaužėme formą ir pagaminome ne tik didelę raketą, bet ir neribotą atstumą ore.

Neribotas skrydžio nuotolis leidžia tokioms raketoms veikti budėjimo režimu. Paleista raketa atvyksta į patruliavimo zoną ir ten sukasi, laukdama papildomos duomenų apie taikinį ar taikinio patekimą į zoną žvalgybos. Po to, netikėtai taikiniui, jis iškart jį puola.

Atominė elektrinė povandeninėms transporto priemonėms

Manau, kad povandeninių transporto priemonių atominė elektrinė, apie kurią kalbėjo Putinas, yra panaši. Išskyrus tai, kad vietoj oro naudojamas vanduo.

Be to, tai liudija ir tai, kad šios povandeninės transporto priemonės turi mažą triukšmą. Garsioji „Shkval“ torpeda, sukurta dar sovietiniais laikais, turėjo apie 300 km/h greitį, tačiau buvo labai triukšminga. Iš esmės tai buvo raketa, skriejanti oro burbuliuku.

Už žemo triukšmo slypi naujas judėjimo principas. Ir ji yra tokia pati kaip raketoje, nes ji yra universali. Būtų tik minimalaus reikalaujamo tankio aplinka.

Pavadinimas „Squid“ tiktų šiam įrenginiui, nes iš esmės tai yra „branduolinės versijos“ vandens reaktyvinis variklis :)

Kalbant apie greitį, jis daug kartų didesnis nei greičiausių antvandeninių laivų greitis. Greičiausių laivų (būtent laivų, o ne valčių) greitis siekia iki 100-120 km/val. Todėl su minimaliu koeficientu 2 gauname 200-250 km/h greitį. Po vandeniu. Ir nelabai triukšminga. Ir su daugelio tūkstančių kilometrų nuotoliu... Mūsų priešų košmaras.

Santykinai ribotas nuotolis, palyginti su raketa, yra laikinas reiškinys ir paaiškinamas tuo, kad aukštos temperatūros jūros vanduo yra labai agresyvi aplinka, o degimo kameros medžiagos, palyginti, turi ribotus išteklius. Laikui bėgant šių įrenginių asortimentą galima žymiai padidinti tik kuriant naujas, stabilesnes medžiagas.

Atominė jėgainė

Keletas žodžių apie pačią atominę elektrinę.

1. Putino frazė stebina vaizduotę:

Šimtą kartų mažesnis nei šiuolaikinių branduolinių povandeninių laivų tūris, todėl jis turi didesnę galią ir 200 kartų mažiau laiko pasiekti kovos režimą, ty maksimalią galią.

Vėl keletas klausimų.
Kaip jiems tai pavyko? Kokie dizaino sprendimai ir technologijos naudojami?

Tai tokios mintys.

1. Radikaliai, dviem dydžiais, masės vienetui tenkančios galios padidėjimas galimas tik tuo atveju, jei branduolinio reaktoriaus darbo režimas artėja prie sprogstamojo. Tuo pačiu metu reaktorius yra patikimai valdomas.

2. Kadangi patikimai užtikrinamas beveik sprogus veikimas, greičiausiai tai yra greitųjų neutronų reaktorius. Mano nuomone, tik jie gali saugiai naudoti tokį kritinį darbo režimą. Beje, jiems kuro Žemėje užtenka šimtmečiams.

3. Jei laikui bėgant išsiaiškinsime, kad tai lėtųjų neutronų reaktorius, nuimu kepurę mūsų branduolinių mokslininkų akivaizdoje, nes be oficialaus pareiškimo visiškai neįmanoma patikėti.

Bet kokiu atveju mūsų branduolinių mokslininkų drąsa ir išradingumas yra nuostabus ir vertas garsiausių susižavėjimo žodžių! Ypač smagu, kad mūsų vaikinai moka dirbti tyloje. Ir tada tau trenkia per galvą žinia – arba stovėk, arba krisk! :)

Kaip tai veikia
Apytikslė semantinė raketinio variklio veikimo atominės elektrinės veikimo schema atrodo taip.

1. Santykinai atsidaro įleidimo vožtuvas. Per jį įeinantis oro srautas patenka į šildymo kamerą, kuri nuolat šildoma veikiant reaktoriui.

2. Įleidimo vožtuvas užsidaro.

3. Oras kameroje įkaista.

4. Atsidaro išmetimo vožtuvas ir iš raketos antgalio dideliu greičiu išeina oras.

5. Išleidimo vožtuvas užsidaro.

Ciklas kartojamas dideliu dažniu. Taigi nuolatinio veikimo efektas.

P.S. Aukščiau aprašytas mechanizmas, kartoju, yra semantinis. Jis pateikiamas skaitytojų prašymu, siekiant geriau suprasti, kaip šis variklis apskritai gali veikti. Realybėje gali būti, kad buvo įdiegtas reaktyvinis variklis. Pagrindinis dalykas šiame straipsnyje yra ne variklio tipo nustatymas, o medžiagos (įeinančio oro) nustatymas, kuris naudojamas kaip vienintelis darbinis skystis, suteikiantis raketos trauką.

Saugumas

Rusijos mokslininkų atradimo panaudojimas civiliniame sektoriuje yra glaudžiai susijęs su atominės elektrinės sauga. Ne dėl galimo sprogimo – manau, kad ši problema išspręsta – bet dėl ​​jo išmetimo saugumo.

Mažo dydžio branduolinio variklio apsauga yra akivaizdžiai mažesnė nei didelio, todėl neutronai tikrai prasiskverbs į „degimo kamerą“, tiksliau, oro šildymo kamerą, todėl su tam tikra tikimybe viską, ką galima padaryti, radioaktyvų. radioaktyvus ore.

Azotas ir deguonis turi radioaktyviuosius izotopus, kurių pusinės eliminacijos laikas yra trumpas ir nėra pavojingi. Radioaktyvioji anglis yra ilgaamžis dalykas. Tačiau yra ir gerų naujienų.

Radioaktyvioji anglis susidaro viršutiniuose atmosferos sluoksniuose veikiant kosminiams spinduliams, todėl nebus įmanoma dėl visko kaltinti branduolinius variklius. Tačiau svarbiausia, kad anglies dvideginio koncentracija sausame ore yra tik 0,02÷0,04%.

Atsižvelgiant į tai, kad anglies, kuri tampa radioaktyvi, procentas vis dar yra keliomis eilėmis mažesnis, galime preliminariai daryti prielaidą, kad branduolinių variklių išmetamosios dujos nėra pavojingesnės nei anglimi kūrenamos šiluminės elektrinės išmetamosios dujos.

Tikslesnė informacija pasirodys, kai bus kalbama apie šių variklių naudojimą civiliams tikslams.

Perspektyvos

Sąžiningai, perspektyvos yra kvapą gniaužiančios. Be to, kalbu ne apie karines technologijas, čia viskas aišku, o apie naujų technologijų panaudojimą civiliniame sektoriuje.

Kur galima panaudoti atomines elektrines? Kol kas iš karto, grynai teoriškai, ateityje 20-30-50 metų.

1. Laivynas, įskaitant civilinį ir transportą. Daug ką teks paversti povandeniniais sparnais. Bet greitį galima nesunkiai padvigubinti/trigubai, o eksploatacijos kaina bėgant metams tik mažės.

2. Aviacija, pirmiausia transportas. Nors, jei saugumas poveikio rizikos požiūriu yra minimalus, jis taip pat gali būti naudojamas civiliniam transportui.

3. Aviacija su vertikaliu kilimu ir tūpimu. Naudojant suspausto oro bakus, papildytus skrydžio metu. Priešingu atveju važiuojant mažu greičiu negalima užtikrinti reikiamos traukos.

4. Greitųjų elektrinių traukinių lokomotyvai. Naudojant tarpinį elektros generatorių.

5. Elektriniai sunkvežimiai. Taip pat, žinoma, naudojant tarpinį elektros generatorių. Tai, manau, įvyks tolimoje ateityje, kai elektrines bus galima sumažinti kelis kartus daugiau. Bet neatmesčiau šios galimybės.

Jau nekalbant apie atominių elektrinių naudojimą žemėje / mobiliuoju būdu. Viena bėda ta, kad tokiems mažo dydžio branduoliniams reaktoriams eksploatuoti reikia ne urano/plutonio, o daug brangesnių radioaktyvių elementų, kurių gamyba branduoliniuose reaktoriuose vis dar labai labai brangi ir užtrunka. Tačiau ši problema taip pat gali būti išspręsta laikui bėgant.

Draugai, energetikos ir transporto srityje prasidėjo nauja era. Matyt, ateinančiais dešimtmečiais Rusija šiose srityse taps lydere.

Prašau priimti mano sveikinimus.
Nuobodu nebus!

Pirmasis plačiai paplitęs atominių baterijų panaudojimas buvo rastas kosmose, nes būtent ten buvo reikalingi energijos šaltiniai, galintys ilgą laiką generuoti šilumą ir elektrą, esant staigiems ir labai stipriems temperatūros pokyčiams, esant didelėms kintamoms apkrovoms ir kadangi nepilotuojamų skrydžių sąlygomis energijos šaltinio radijo spinduliuotė didelės grėsmės nekėlė (radiacijos kosmose užtenka ir be jos). Cheminiai energijos šaltiniai nepasitvirtino. Taigi, kai 1957 metų spalio 4 dieną SSRS į orbitą buvo iškeltas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas, jo cheminės baterijos galėjo aprūpinti energiją 23 dienas. Po to jų galios išseko. Silicio saulės elementai yra veiksmingi tik skrydžiams šalia Saulės, jie netinka skrydžiams į tolimas Saulės sistemos planetas.

Erdvėlaiviuose yra dviejų tipų energijos konversijos metodai: tiesioginis ir mechaninis. Šiluminės energijos keitiklių į elektros energiją tipai skirstomi į statinius (t.y. be judančių dalių) ir dinaminius (t.y. su judančiomis, besisukančiomis arba judančiomis dalimis). Energijos konversijos tipo pasirinkimo problema vis dar išlieka aktuali įvairių keitiklių ir jais paremtų kosminių atominių elektrinių (SNPP) kūrėjams.

Taigi pagal gerai žinomą NASA iniciatyvą dėl kosminių atominių elektrinių buvo pasirinktas dinaminis keitiklis (dujų turbinos įrenginys, pagrįstas Braitono ciklu), skirtas Jimo projekto „Prometheus“ programai įgyvendinti (orbitinė ekspedicija į lediniai Jupiterio palydovai). Atominės elektrinės eksploatavimo laikas yra 10 metų, kai elektros išėjimo galia 250 kW(el).

Nuo šeštojo dešimtmečio pradžios darbas, susijęs su tiesioginiu šiluminės energijos pavertimu elektros energija, pagrįstas termoelektriniais ir termoelektriniais keitikliais, įgavo gana platų spektrą SSRS, JAV ir daugelyje kitų šalių. Tokie energijos konvertavimo metodai iš esmės supaprastina įrenginių projektavimą, pašalina tarpinius energijos konversijos etapus ir leidžia sukurti kompaktiškus ir lengvus energijos įrenginius.

SSRS naudojo branduolines baterijas „Cosmos“ tipo palydovuose. 1965 m. rugsėjį buvo paleisti radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai (RTG) Orion-1, kurių elektros galia 20 W, kaip prietaisų Cosmos-84 ir Cosmos-90 dalis. RTG svoris buvo 14,8 kg, projektinis tarnavimo laikas buvo 4 mėnesiai. RTG ampulės, kuriose yra polonio-210, buvo sukurtos pagal garantuoto vientisumo ir sandarumo principą visų nelaimingų atsitikimų atveju. Šis principas pasiteisino per nešančiųjų raketų avarijas 1969 m., kai, nepaisant visiško objektų sunaikinimo, degalų blokas, kuriame buvo 25 000 polonio-210 karijų, liko sandarus.

1970 m. lapkritį Sovietų Sąjungos į Mėnulio paviršių paleista mokslinių tyrimų transporto priemonė „Lunokhod 1“ buvo aprūpinta radioaktyviais izotopais (polonis-210), skirtais temperatūrai reguliuoti. Lunokhod 1 veikė 322 dienas. Per 11 mėnulio dienų jis įveikė 10,5 km, tyrinėdamas Lietaus jūros regioną ir atliko išsamų 80 000 kv.m topografinį tyrimą. mėnulio paviršius. Per tą laiką radijo ir televizijos sistemomis Lunokhod-1 buvo atlikta 171 ryšio sesija, o į Žemę perduota per 200 tūkstančių Mėnulio paviršiaus vaizdų. Radioizotopinis termoelektrinės srovės generatorius sėkmingai veikė ir erdvėlaivyje Lunokhod-2.

Energijos šaltiniai, aprūpinti ilgaamžiais izotopais, ypač reikalingi kosminiams zondams „ilgose kelionėse“ į tolimas planetas. Todėl amerikiečių zondai „Viking“, kurie 1976 m. liepą ir rugsėjį buvo nusileisti Marse, siekiant ten ieškoti protingos gyvybės, turėjo du radioizotopų generatorius, aprūpinančius energiją besileidžiančiajai transporto priemonei. Netoli Žemės esančios kosminės stotys, tokios kaip Salyut (SSRS) ir Skylab (JAV), gauna energiją iš saulės baterijų, maitinamų saulės energija. Tačiau Jupiterio zondai negali būti aprūpinti saulės baterijomis. Saulės spinduliuotės, kurią zondas gauna netoli tolimojo Jupiterio, visiškai nepakanka, kad prietaisas būtų aprūpintas energija. Be to, kosminio skrydžio metu iš Žemės į Jupiterį būtina įveikti didžiulius tarpplanetinius atstumus, kurių skrydžio trukmė yra 600–700 dienų. Tokioms kosminėms misijoms sėkmės pagrindas yra elektrinių patikimumas. Todėl amerikietiškuose Jupiterio planetos zonduose – Pioneer 10, kuris buvo paleistas 1972 m. vasario mėn., o 1973 m. gruodį pasiekė arčiausiai Jupiterio, taip pat jo įpėdinis Pioneer 2 – buvo aprūpintas keturiomis galingomis plutonio-238 baterijomis. 27 m ilgio skliaustų galai 1987 metais Pioneer 10 praskriejo pro labiausiai nutolusią nuo Žemės planetą – Plutoną, o tada šis žemėje pagamintas kosminis kūnas paliko mūsų saulės sistemą.

1 lentelė Pagrindinės atominių elektrinių, kurios JAV ir SSRS/Rusijoje yra įgijusios realios naudojimo kosminių laivų dalimi patirties, charakteristikos

1 – reaktorius; 2 – skysto metalo kontūro vamzdynas; 3 – radiacinė sauga; 4 – kompensacinis bakas ZhMK; 5 – šaldytuvas-emiteris; 6 – TEG; 7 – laikančioji karkasinė konstrukcija.

Galima sakyti, kad radioizotopinių šilumos šaltinių naudojimas vietoj cheminių leido dešimtimis ir net šimtus kartų padidinti palydovų orbitoje trukmę. Tačiau naudojant daug energijos suvartojančius palydovus radioizotopų generatorių galios neužtenka. Kai energijos suvartojimas didesnis nei 500 W, ekonomiškai naudingiau naudoti branduolio dalijimosi reakciją, t.y. mažos atominės elektrinės.

1 – cezio garų tiekimo sistemos ir valdymo pavarų blokas; 2 – TRP; 3 – ZhMK vamzdynas; 4 – RZ; 5 – kompensacinis bakas ZhMK; 6 – CI; 7 – karkasinė konstrukcija.

BRANDUOLINĖS ENERGIJOS ĮRENGINIAI SU TERMOELEKTRINIAIS GENERATORIAIS

Kosminėms lenktynėms, ypač karinėje sferoje, reikėjo palydovų energijos tiekimo, dešimtis kartų didesnio nei saulės baterijų ar izotopinių energijos šaltinių. Iš tiesų sunku sukurti didelės galios tiesioginį šilumos į elektrą keitiklį (naudojant termoelementus), pagrįstą radioaktyviuoju izotopu. Šiuo atžvilgiu branduolinės grandininės reakcijos panaudojimas yra daug perspektyvesnis. 2000 metais kosmose buvo 55 branduoliniai reaktoriai. Atominės šiluminės energijos naudojimą galima suskirstyti į mašininį ir be mašinų. Reikiamą galią užtikrina kompaktiškos atominės elektrinės (AE), kurios dėl riboto palydovų dydžio turi veikti be didelių garo generatorių ar turbinų. Tiesioginis branduolinės šiluminės energijos pavertimas elektros energija turi lemiamų pranašumų, palyginti su mechanine konversija santykinai mažos galios (nuo 3 kW iki 3-5 MW) ir didelės išteklių galios (nuo 3 metų nepertraukiamo veikimo iki 10 metų) autonominių reaktorių elektrinėms. ateitis).

Atominė elektrinė (AE) skirta tiekti elektros energiją erdvėlaivių įrangai, naudojant branduolinio reaktoriaus šiluminės energijos tiesioginio pavertimo elektros energija principą puslaidininkiniame termoelektriniame generatoriuje. Atominių elektrinių laidojimas pasibaigus eksploatacijai atliekamas perkeliant į orbitą, kur reaktoriaus eksploatavimo laikas yra pakankamas dalijimosi produktams suirti iki saugaus lygio (ne mažiau kaip 300 metų). Įvykus bet kokioms avarijoms su erdvėlaiviu, atominėje elektrinėje įdiegta itin efektyvi papildoma radiacinės saugos sistema, kuri iki saugaus lygio naudoja aerodinaminę reaktoriaus sklaidą.

Termoelektrinių ir termojoninių energijos keitiklių panaudojimas kartu su branduoliniais reaktoriais leido sukurti iš esmės naujo tipo įrenginį, kuriame šiluminės energijos šaltinis – branduolinis reaktorius ir šiluminės energijos keitiklis į elektros energiją – būtų sujungti į vieną. blokas – reaktorius-keitiklis.

Įprastoje atominėje elektrinėje yra: greitųjų neutronų reaktorius su šoniniu berilio reflektoriumi, įskaitant 6 cilindrinius valdymo strypus, šaldytuvo emiteris; 2 aušinimo skysčio kontūrai (natrio - kalio eutektika), elektromagnetinis siurblys, termoelektrinis generatorius ir valdymo strypų pavaros; ličio hidrido šešėlinė radiacinė apsauga, užtikrinanti jonizuojančiosios spinduliuotės iš reaktoriaus slopinimą iki erdvėlaivio prietaisams ir įrangai priimtino lygio; - emiteris šilumos išleidimui į erdvę iš antrojo aušinimo skysčio kontūro; priedas su reaktoriaus kuro elementų sąrankos išmetimo iš reaktoriaus indo sistemos mazgais. Elektros galia - 3 kW, šiluminė galia - 100 kW, atominės elektrinės masė - 930 kg, urano įkrova 235 - 30 kg.

50-aisiais SSRS pradėta kurti reaktorinė termoelektrinė „BUK“ su nedideliu greitųjų neutronų reaktoriumi ir puslaidininkinių elementų pagrindu pagamintu termoelektriniu generatoriumi, esančiu už reaktoriaus ribų. „Cosmos“ serijos erdvėlaiviuose daugelį metų buvo eksploatuojama daugiau nei 30 BUK įrenginių.

1964 metais pavadintame Branduolinės energetikos institute. I. V. Kurchatovas paleido pirmąjį reaktorių, skirtą tiesioginiam šilumos pavertimui į elektros energiją, „Romashka“. Pagrindas – aukštos temperatūros greitųjų neutronų reaktorius, kurio aktyviąją zoną sudaro urano dikarbidas ir grafitas. Reaktoriaus šerdį (cilindrą) supa berilio reflektorius. Temperatūra aktyviosios zonos centre 1770°C, išoriniame reaktoriaus paviršiuje – 1000°C. Išoriniame reflektoriaus paviršiuje yra termoelektrinis keitiklis, susidedantis iš daugybės silicio-germanio puslaidininkinių plokštelių, kurių vidinės pusės šildomos reaktoriaus skleidžiama šiluma, o išorinės – vėsinamos. Nepanaudotą keitiklio šilumą į aplinkinę erdvę išspinduliuoja radiatoriaus šaldytuvas. Reaktoriaus šiluminė galia 40 kW. Iš termoelektrinio keitiklio pašalinama elektros galia yra 500 W.

Aukštos temperatūros branduolinis reaktorius-keitiklis leidžia tiesiogiai gaminti elektros energiją, nedalyvaujant jokiems judiems darbiniams skysčiams ar mechanizmams. „Romashka“ labiausiai įkūnija tiesioginės konversijos reaktoriaus idėjas: ten niekas nejuda. Skirtingai nei amerikietiškame SNAP-10A reaktoriuje, jame nėra aušinimo skysčio ar siurblių. Amerikiečiai buvo priversti atsisakyti savo reaktoriaus versijos dėl savo trapios padėties aukštos temperatūros medžiagų mokslo srityje.

Konverteris Romashka sėkmingai veikė 15 000 valandų (vietoj planuotų 1 000 valandų) ir pagamino 6 100 kWh elektros energijos. Baigtas darbų rinkinys su Romashka instaliacija parodė absoliutų patikimumą ir
saugumo.

Tokių generatorių darbo efektyvumą galima padidinti vietoj termoelektrinio energijos keitiklio naudojant plokščius modulinius termojoninius elementus, esančius ties šerdies ir radialinio reflektoriaus riba.

„Romashka“ instaliacijos pagrindu buvo sukurta bandomoji „Gamma“ jėgainė – autonominės transportuojamos iki 500 kW galios atominės elektrinės „Elena“ prototipas, skirtas elektros tiekimui atokiose vietovėse.

Pirmoji mūsų šalyje kosminė atominė elektrinė (KNPP) „BES-5“ su homogeniniu greitųjų neutronų reaktoriumi ir termoelektriniu generatoriumi (TEG) buvo sukurta maitinti radiolokacinio žvalgybos erdvėlaivio įrangą paleidimo aikštelėje ir per visą žvalgybos laikotarpį. aktyvus palydovo egzistavimas žiedinėje orbitoje apie 260 km aukštyje. "BES-5" generuojanti išėjimo galia yra 2800 W, o išteklius - 1080 valandų. 1970 m. spalio 3 d. buvo paleista atominė elektrinė BES-5 kaip radiolokacinio žvalgybos erdvėlaivio (Cosmos-367) dalis. Po 9 BES-5 atominės elektrinės paleidimo ją 1975 metais priėmė SSRS karinis jūrų laivynas. Iš viso iki atominės elektrinės BES-5 eksploatavimo nutraukimo (1989 m.) į kosmosą buvo paleistas 31 įrenginys.

Įrenginio eksploatavimo metu buvo atlikti BES tobulinimo ir modernizavimo darbai, susiję su radiacinės saugos didinimu, elektros galios padidinimu eksploatavimo pabaigoje iki 3 kW ir tarnavimo trukmės pailginimu iki 6-12 mėnesių. Pirmą kartą modernizuota atominės elektrinės versija buvo paleista 1988 m. kovo 14 d. kaip erdvėlaivio „Cosmos-1932“ dalis.

2 lentelė Radionuklidiniai termoelektriniai generatoriai (RTG) ir šildymo įrenginiai (HU), kurių pagrindą sudaro polonis-210 ir plutonis-238, gama spinduliuotės šaltinis (IR), kurių pagrindas yra tulis-170

Tipiškas KNPP atstovas, naudojamas kaip galingų radijo palydovų (kosminių radarų stočių ir televizijos transliuotojų) energijos šaltiniai, tiesiogiai paverčiant šilumą į elektrą, yra „Buk“ įrenginys, kuris iš tikrųjų buvo TEG - puslaidininkinis „Ioffe“ keitiklis, tik vietoj žibalinės lempos naudojo branduolinį reaktorių. Kaip įprasta, viena puslaidininkių sandūra buvo patalpinta šaltyje, o kita – karštyje: tarp jų tekėjo elektros srovė. Kosmose šaltis nieko blogo – jo yra visur. Šilumai tiko metalinis aušinimo skystis, kuris plovė nešiojamąjį branduolinį reaktorių. Tai buvo greitas reaktorius, kurio galia siekė iki 100 kW. Visa labai prisodrinto urano apkrova buvo apie 30 kg. Šilumą iš šerdies skystas metalas – eutektinis natrio ir kalio lydinys – perdavė puslaidininkinėms baterijoms. Elektros galia siekė 5 kW. Buk veikimo laikas 1-3 mėn. dabar kokybiškai, tęsėsi iki perestroikos pradžios. 1970–1988 metais į kosmosą buvo paleista apie 30 radarų palydovų su Buk atominėmis elektrinėmis su puslaidininkiniais konverteriniais reaktoriais. Jei diegimas nepavyko, palydovas buvo perkeltas į ilgalaikę orbitą 1000 km aukštyje.

Pagrindiniai vidaus mokslo ir technologijų laimėjimai kosminių misijų termoelektrinių technologijų srityje yra susiję su Romashka atominės elektrinės, BUK atominės elektrinės sukūrimo moksliniais tyrimais ir plėtra bei realia jos veikimo kosmose patirtimi 1970 m. 1988 m. per 32 paleidimus.

BRANDUOLINĖS ENERGIJOS ĮRENGINIAI SU TERMĖS EMISIJOS KONVERTERIAIS

SSRS, lygiagrečiai su atominių elektrinių su termoelektriniais generatoriais kūrimo darbais, buvo vykdomi branduolinės elektrinės su termokonverteriais, turinčiais aukštesnes technines charakteristikas. Iš esmės čia naudojamas principas toks pat kaip ir puslaidininkiniame konverteryje, tačiau vietoj šalto ir karšto sandūros naudojamas karštas karbidurano katodas ir šaltas plieno anodas, o tarp jų – lengvai jonizuojantys cezio garai. Poveikis yra elektrinio potencialo skirtumas, tai yra natūrali kosminė jėgainė. Termioninė konversija, palyginti su termoelektrine, leidžia padidinti efektyvumą, pailginti tarnavimo laiką ir pagerinti jėgainės bei viso erdvėlaivio svorio ir dydžio charakteristikas. Termioninio šiluminės energijos pavertimo elektros energija principas yra tas, kad metalinis paviršius, įkaitęs reaktoriuje susidarančia šiluma, efektyviai išskiria jonus, kuriuos adsorbuoja aušinama sienelė, esanti nedideliu tarpu.

1970–1971 m. SSRS buvo sukurta termoelektrinė „Topazas“ (Thermionic Experimental Converter in the Core), kurioje buvo naudojamas terminis reaktorius, kurio galia iki 150 kW. Visa urano apkrova buvo 31,1 kg 90% urano-235. Montavimo svoris 1250 kg. Reaktoriaus pagrindas buvo kuro elementai - „girliandos“. Jie buvo sudaryti iš termoelementų grandinės: katodas buvo „antpirštis“, pagamintas iš volframo arba molibdeno, užpildytas urano oksidu, anodas buvo plonasienis niobio vamzdis, aušinamas skystu natriu-kaliu. Katodo temperatūra siekė 1650oC. Elektros galia 10 kW. „Topazų“ termoelektrinės konversijos efektyvumas buvo 5–10%, palyginti su 2–4% ankstesniuose reaktoriuose.

Be urano-235, plutonio dioksidas-238 yra perspektyvus kaip kuras kosminiams reaktoriams dėl labai didelio specifinės energijos išsiskyrimo. Šiuo atveju santykinai žemą tiesioginės konversijos termojoninio reaktoriaus efektyvumą kompensuoja plutonio-238 aktyvios energijos išsiskyrimas.

Buvo išbandyti du tarpinių neutronų (be moderatoriaus) termioniniai reaktoriai-keitikliai - „Topaz-1“ ir „Topaz-2“, kurių elektros galia atitinkamai 5 ir 10 kW. Topazo įrenginyje tiesioginė (be mašinų) energijos konversija atliekama elektros energijos gamybos kanaluose, įmontuotuose į mažo dydžio šiluminio reaktoriaus šerdį. Topaz-1 įrenginyje yra terminis reaktorius-keitiklis ir skystas metalinis aušinimo skystis (natrio-kalio arba ličio). Tiesioginio šiluminės energijos pavertimo elektros energija principas yra katodo kaitinimas vakuume iki aukštos temperatūros, išlaikant santykinai šaltą anodą, o elektronai „išgaruoja“ (išspinduliuoja) nuo katodo paviršiaus, kuris, praskridęs pro tarpelektrodinis tarpelis, „kondensuoja“ ant anodo, o užsidarius Išorinė grandinė teka per ją elektros srovę. Pagrindinis tokio įrenginio privalumas, palyginti su elektros mašinų generatoriais, yra judančių dalių nebuvimas. Ateityje įdiegus ličiu aušinamo greitųjų neutronų reaktoriaus-keitiklio koncepciją, bus galima išspręsti 500–1000 kW ar didesnės elektros galios įrenginio sukūrimo problemą.

Atominėje elektrinėje yra: termokonverterio reaktorius su cirkonio hidrido reguliatoriumi ir šoniniu berilio reflektoriumi, įskaitant sukamuosius valdiklius; reaktoriaus-keitiklio sistema: cezio tiekimo į energijos gamybos kanalus valdymo įtaisai, išdėstyti bloke, esančiame priešais reaktorių-keitiklį; šešėlinė apsauga nuo spinduliuotės iš ličio hidrido, užtikrinanti reaktoriaus spinduliuotės slopinimą iki erdvėlaivių instrumentams priimtino lygio; nepanaudotos šilumos iš reaktoriaus šalinimo sistema aušinimo skysčiu (natrio-kalio eutektika), įskaitant elektromagnetinį siurblį, maitinamą elektra iš konverterinio reaktoriaus, radiatorių šilumai išmesti į kosmosą ir kitus įrenginius. Elektros galia - 5 kW, šiluminė galia - 150 kW, tarnavimo laikas, įskaitant eksploatavimą iki 1 metų 100 kW režimu - 7 metai, urano įkrova 235 - 11,5 kg, svoris - 980 kg.

3 lentelė Trumpa atominės elektrinės Topaz 1 charakteristika

Branduolinis kuras Topaz-1 (urano dioksidas, prisodrintas uranu-235) yra uždarytas ugniai atsparios medžiagos šerdyje, kuri tarnauja kaip katodas (spinduliuotojas) elektronams. Šiluma, išsiskirianti dėl urano dalijimosi reaktoriuje, įkaitina emiterį iki 1500-1800 laipsnių Celsijaus, todėl išsiskiria elektronai. Kai elektronai atsitrenkia į anodą (kolektorių), jie turi pakankamai energijos, kad galėtų atlikti išorinės apkrovos darbus išorinėje uždaroje grandinėje tarp termioninio keitiklio (emiterio ir kolektoriaus) elektrodų. Tarpas tarp elektrodų yra kelios dešimtosios milimetro. Cezio garai, patekę į tarpelektrodinį tarpą (IEG), žymiai suaktyvina elektros energijos gamybos procesą reaktoriuje. Jėgainės projekte buvo sunaudojama cezio sistema, kurioje per MEZ buvo pumpuojami cezio garai, kad būtų pašalintos priemaišos. Cezio garai, patekę per MEZ, buvo sugerti pirografito pagrindu pagamintais gaudyklėmis, o dujinės priemaišos buvo pašalintos į kosmosą. Cezio sistemoje buvo cezio garų termostatas-generatorius su elektriniais šildytuvais, kurių pagalba buvo palaikoma nustatyta šalčiausios termostato zonos temperatūra. Cezio garų generatorius naudojo daugybę įtaisų, kurie užtikrino skystosios fazės sulaikymą tam tikroje padėtyje ir neleido jai patekti į garų kelią, veikiant mažoms perkrovoms skrendant į kosmosą. Taikytoje cezio garų generatoriaus konstrukcijoje didžiausias cezio kiekis buvo 2,5 kg, o tai, esant tam tikram garų srautui, nulemtam droselio laidumo RP išėjimo angoje, aiškiai apribojo galimus branduolinės energijos išteklius. elektrinė. Reikalavimas sumažinti masę ir matmenis turėjo būti įgyvendintas atsižvelgiant į tai, kad šilumos pašalinimas kosmose įmanomas tik per spinduliavimą, naudojant specialios konstrukcijos šaldytuvą-emiterį. Šilumos šalinimo sistemos įgyvendinimas yra labai sudėtingas, nes joje naudojama agresyvi skysto metalo natrio-kalio eutektika. Prie to pridedami aukšti reikalavimai atominių elektrinių autonominio veikimo patikimumui ir išteklių pajėgumui esant perkrovoms paleidimo į orbitą metu, savavališka orientacija ir gravitacijos jėgų nebuvimas dirbant orbitoje, būtinybė užtikrinti branduolinę ir radiacinę saugą. galimų nešančiųjų raketų avarijų sąlygos paleidžiant erdvėlaivius iš atominių elektrinių į orbitą, taip pat meteorų saugumo užtikrinimas skrendant į kosmosą ir kt. Topazo atominė elektrinė skirta tiekti elektros energiją kariniams tikslams skirtų erdvėlaivių įrangai. Branduolinių reaktorių naudojimas palydovuose leidžia užtikrinti stabilų energijos tiekimą, nepaisant jų vietos orbitoje.
Branduolinė ir radiacinė sauga užtikrinama suprojektavus branduolinį reaktorių. Bet kokių nelaimingų atsitikimų atveju, įskaitant hipotetines su nešančia raketa paleidimo aikštelėje ir orbitinėje paleidimo aikštelėje, branduolinis reaktorius išlieka subkritinis. Dėl užsikimšimų, pasiekus orbitą reaktoriaus paleidimas neįmanomas. Blokavimas radijo komanda pašalinamas iš Žemės tik patvirtinus paleidimą į apskaičiuotą orbitą tiesioginiais trajektorijos matavimais. Orbitinis aukštis buvo pasirinktas su sąlyga, kad erdvėlaivio egzistavimo pasibaigus funkciniam įrengimui, atsižvelgiant į bet kokias avarines situacijas su įrenginiu, pakaktų dalijimosi produktų skilimui iki saugaus lygio. Šis laikas viršija 350 metų. Tai užtikrina garantuotą pasaulio gyventojų saugumą naudojant tokio tipo įrenginius.

Atominė elektrinė „Topaz-1“ buvo sukurta radarų žvalgybos palydovams, „Topaz-2“ – erdvėlaiviams tiesioginiam televizijos transliavimui iš kosmoso. Pirmasis skrydžio modelis – palydovas „Cosmos-1818“ su instaliacija „Topazas“ – 1987 metų vasario 2 dieną įskrido į radiacijai saugią stacionarią žiedinę orbitą 800 km aukštyje ir nepriekaištingai veikė šešis mėnesius, kol baigėsi cezio atsargos. Antrasis palydovas „Cosmos-1876“ buvo paleistas po metų. Orbitoje jis dirbo beveik dvigubai ilgiau. Topazų sėkmė paskatino daugelio reaktorių projektų su termokonverteriais plėtrą, ypač iki 500 kW galios atominę elektrinę, pagrįstą ličiu aušinamu reaktoriumi.

Remiantis BES ir Topazo atominėmis elektrinėmis, buvo parengta nemažai elektrinių projektų su patobulintomis charakteristikomis. Parengti techniniai pasiūlymai termoelektrinei atominei elektrinei Zarya-1 optiniam-elektroniniam žvalgybiniam erdvėlaiviui. Atominė elektrinė Zarya-1 skiriasi nuo BES elektros galios lygiu (5,8 kW, palyginti su 2,9 kW) ir ilgesniu tarnavimo laiku (4320 valandų, palyginti su 1100 valandų). 1978 m. buvo sukurta 24 kW elektros galios ir 10 000 valandų eksploatacijos trukmės atominė elektrinė Zarya-2, o vėliau – 24,4 kW galios ir 1,15 eksploatavimo trukmės kosminė atominė elektrinė Zarya-3. metų buvo sukurta. Jis buvo skirtas sukurti traukos impulsus palydovo orbitos korekcijai ir specialios įrangos maitinimui.

Termioninės erdvės branduolinis įrenginys „TOPAZ 100/40“ yra dviejų režimų atominė elektrinė (AE). Jis skirtas tiekti elektros energiją elektriniams varomiesiems varikliams (EP), kai palydovinio ryšio sistemos „Space Star“ palydovai paleidžiami į aukštas (iki geostacionarias) orbitas, ir tiekti elektrą borto įrangai. Jėgainės reaktorius pasiekia galią tik tada, kai erdvėlaivis pasiekia radiacijai saugią orbitą (800 km ir daugiau). Atominės elektrinės projektas atitinka Jungtinių Tautų Generalinės Asamblėjos 47-ojoje sesijoje priimtą dokumentą „Branduolinių šaltinių naudojimo kosmose principai“. Paleidimo padėtyje atominė elektrinė yra 3,9 metro skersmens ir 4,0 metro ilgio erdvėlaivio skyriuje po gaubtu. Orbitinėje padėtyje atominė elektrinė yra pailginta (reaktorius yra kuo toliau nuo įrenginių) ir yra 16,0 metrų ilgio ir 4 metrų skersmens.

Atominėje elektrinėje yra: termokonverterinis reaktorius su aptarnavimo sistemomis: valdymo elementų pavara, darbinio skysčio (cezio) tiekimas į elektros energijos gamybos kanalus; šešėlinė spinduliuotės apsauga iš ličio hidrido, užtikrinanti reaktoriaus spinduliuotės slopinimą iki erdvėlaivių instrumentams priimtino lygio; nepanaudotos šilumos pašalinimo iš reaktoriaus skysto metalo (eutektinio natrio ir kalio lydinio) aušinimo skysčių sistema, įskaitant elektromagnetinį siurblį, radiatorių šaldytuvą, susidedantį iš 9 plokščių ant šilumos vamzdžių, skirtų šilumai išmesti į kosmosą, ir kitus įrenginius. Elektros galia - 40 kW, elektros galia elektros varymo režimu - 100 kW, tarnavimo laikas, įskaitant eksploatavimą iki 1 metų 100 kW režimu - 7 metai, atominės elektrinės masė - 4400 kg, urano įkrova 235 - 45 kg Kad būtų išvengta greitas atominių elektrinių kritimas į Žemės palydovus, pasibaigus aktyviam gyvenimui, jie perkeliami į laidojimo orbitą maždaug 1000 km aukštyje, kur panaudotas reaktorius turėtų tarnauti nuo 300 iki 600 metų. Į panašią orbitą perkeliami ir avariniai palydovai. Tačiau ne visada tai buvo įmanoma padaryti. Per beveik 20 paleidimo metų buvo keturi atvejai, kai palydovas nukrito į Žemę: du – vandenyne ir vienas – žemėje.

Istorinė lyderystė kosminių branduolinių avarijų srityje priklauso JAV – 1964-aisiais į orbitą nepavyko patekti į orbitą amerikietiškam navigacijos palydovui su branduoliniu reaktoriumi, ir šis reaktorius atmosferoje subyrėjo kartu su palydovu į dalis.

SSRS pirmoji avarija buvo susijusi su 4300 kilogramų sveriančiu US-A serijos palydovu, paleistu 1977 m. rugsėjo 18 d. (alias „Cosmos-954“, orbitos parametrai: perigėjus 259 km, apogėjus 277 km, pokrypis 65 laipsniai). Palydovas buvo MCRC Legend palydovinės sistemos, skirtos jūrų erdvės žvalgybai ir taikinių nustatymui, dalis, skirta potencialaus priešo laivams aptikti ir teikti duomenis apie mūsų laivyno sparnuotąsias raketas. 1977 m. spalio pabaigoje „Kosmos-954“ sustabdė reguliarias orbitos korekcijas, tačiau nebuvo įmanoma jo perkelti į laidojimo orbitą. Remiantis vėlesniais TASS pranešimais, 1978 m. sausio 6 d. palydove staiga sumažėjo slėgis, todėl sugedo laive esančios sistemos. Nekontroliuojamas transporto priemonės nusileidimas, veikiamas viršutinių atmosferos sluoksnių, baigėsi 1978 m. sausio 24 d., kai Kanados šiaurėje, netoli Didžiojo vergų ežero, deorbitavo ir nukrito radioaktyvios šiukšlės. Palydovo urano elementai visiškai sudegė atmosferoje. Žemėje buvo rastos tik berilio atšvaito ir puslaidininkių baterijų liekanos. Tačiau radioaktyviosios kosminės šiukšlės atsidūrė Kanados šiaurės vakaruose kelių tūkstančių kvadratinių kilometrų plote. SSRS sutiko sumokėti Kanadai 3 milijonus dolerių, o tai sudarė 50% operacijos „Ryto šviesa“ išlaidų, skirtų išvalyti teritoriją, kurioje nukrito „Cosmos 954“.

1982 m. gruodžio 28 d. nuo rugpjūčio 30 d. veikusio „Cosmos-1402“ nepavyko perkelti į laidojimo orbitą ir jis pradėjo nekontroliuojamą nusileidimą. Konstrukciniai patobulinimai po ankstesnės avarijos leido atskirti aktyvią zoną nuo karščiui atsparaus reaktoriaus indo ir užkirsti kelią kompaktiškam nuolaužų kritimui. Šerdis į atmosferą pateko 1983 m. vasario 7 d., o radioaktyvieji skilimo produktai pasklido Pietų Atlante.

1988 metų balandį nutrūko ryšys su 1987 metų gruodį į orbitą paleistu Kosmos-1900. Penkis mėnesius palydovas leidosi nevaldomai, antžeminės tarnybos negalėjo duoti komandos nei perkelti reaktorių į aukštą orbitą, nei atskirti. šerdį, kad būtų užtikrintas saugus deorbitas. Laimei, likus penkioms dienoms iki numatomo patekimo į atmosferą, 1988 m. rugsėjo 30 d., įsijungė automatinė reaktoriaus įtraukimo sistema, kuri buvo įjungta dėl to, kad palydovo orientavimo sistemoje išseko kuro tiekimas.

Topazo tipo energijos šaltinių tęsinys buvo Jenisejaus-Topazo termoelektrinė. Energijos generavimo kanalas vienelementas, elektros galia 5 kW, resursas iki 3 metų.

Nors pati avarija materialinės žalos nepadarė, jos sutapimas su ankstesnėmis „Challenger“ ir Černobylio katastrofomis paskatino protestus prieš branduolinės energijos naudojimą kosmose. Ši aplinkybė tapo papildomu veiksniu, turėjusiu įtakos palydovų skrydžių su kosmoso lokatoriais nutraukimui 1988 m. Tačiau pagrindinė priežastis, kodėl buvo atsisakyta kosmoso lokatorių su branduoline energija, buvo ne pasaulio visuomenės raginimai, o juo labiau ne gama spindulių astronomijai skirtų reaktorių sukuriami trukdžiai, tačiau žemos eksploatacinės charakteristikos.

BRANDUOLINĖS ENERGIJOS ĮRENGINIŲ PLĖTROS PERSPEKTYVOS

Lentelė 4 Pagrindinės atominės elektrinės „BUK“ ir „BUK-TEM“ charakteristikos

Visa labai prisodrinto urano apkrova Buke yra 30 kg, aušinimo skystis yra skystas metalas - eutektinis natrio ir kalio lydinys. Elektros šaltinis yra puslaidininkinis keitiklis. Elektros galia 5 kW. Topazas naudojo 150 kW šiluminį reaktorių. Visas urano krovinys 12 kg. Reaktoriaus pagrindas buvo kurą išleidžiantys elementai - „girliandos“, kurios buvo termoelementų grandinė: katodas buvo volframo arba molibdeno „antpirštis“, užpildytas urano oksidu, anodas buvo plonasienis niobio vamzdis, aušinamas skystu natriu-kaliu. Katodo temperatūra 1650oC, instaliacijos elektros galia 10 kW.

1970–1988 metais SSRS (Rusija) į kosmosą paleido apie 30 radarų palydovų su Buko atominėmis elektrinėmis su puslaidininkiniais konverteriniais reaktoriais ir du su Topazo termoelektrinėmis.

Šiuo metu naujos kartos kosminėms atominėms elektrinėms (SNPP) keliami šie reikalavimai: atominės elektrinės integravimas į erdvėlaivį, paleistas šiuolaikinėmis nešančiomis raketomis (pvz., Proton, Proton-M, Angara); branduolinė ir radiacinė sauga, įskaitant. įvykus galimai avarijai („švarus“ reaktorius nukrenta į Žemę); transporto energijos režimas – aukštyje virš 800 km radiacijai saugios orbitos; subkritinė reaktoriaus būsena visų tipų avarijose; neigiamas temperatūros reaktyvumo koeficientas esant darbiniams parametrams; mazgų, kurių ištekliai blogėja, perteklius; skirtingų energijos konvertavimo sistemų derinys; pirmenybinis elementų ir mazgų bandymas ne reaktoriaus sąlygomis; galimybė ilgai būti erdvėje prieš pradedant eksploatuoti atominę elektrinę; išėjimo elektros galia 50÷400 kWEL (esant 115÷120 V), tarnavimo laikas 7-10 (iki 20) metų.

Šiuo metu Rusijoje termoelektrinių prietaisų srityje parengtas perėjimo nuo Buk tipo atominės elektrinės prie pažangesnės BUK-TEM projektas (4 lentelė).

Atominių elektrinių termoelektros srityje atlikto darbo patirtis leidžia daryti išvadą apie praktinę galimybę sukurti TEG, paremtus radialinės žiedo geometrijos Si-Ge TB/TM, kaip dalį grynai termoelektrinių atominių elektrinių. arba kombinuotosios atominės elektrinės (termoemisija + termoelektra), kurių šilumos ir elektros generatoriaus išėjimo elektros galia yra 10–100 kWEL XXI amžiaus kosminėms misijoms.

Pagrindinės šiluminės emisijos darbo kryptys, baigus TOPAZ atominės elektrinės ir Jenisejaus atominės elektrinės kūrimo programas, yra susijusios su būtinybe radikaliai padidinti efektyvumą. nuo ~10% iki 20-30%, elektros energijos gamybos kanalų (EGC) ir sistemų tarnavimo laikas atominėse elektrinėse - nuo 1-2 metų iki 10-20 metų su reikšmingu svorio ir dydžio charakteristikų apribojimu. Termioninės EGC ir atominės elektrinės koncepcijos pasirinkimą nulemia sprendžiamos problemos reikalavimai, iš kurių svarbiausi yra ištekliai, energijos intensyvumas, įskaitant vienmodį arba dvimodį (su didinančia elektros galia), elektros srovės išėjimo įtampa, tarnavimo laiko patvirtinimo už reaktoriaus ribų ir pagrindinių techninių sprendimų bandymų ant stovų su imituojamu elektriniu šildymu poreikis ir kt.

5 lentelė Pagrindinės atominių elektrinių TOPAZ ir ELBRUS-400/200 charakteristikos

Šiandien aišku, kad termoelektrinė emisija ir termoelektra tiek termoelektriniuose, tiek termoelektriniuose įrenginiuose, tiek jas derinant (termoelektra + šiluminė emisija) naujos kartos atominėse elektrinėse turi neabejotiną panaudojimo perspektyvą. Tuo pačiu metu šiluminė emisija turi neabejotinų pranašumų prieš kitus statinius keitiklius ir žinomus dinaminius keitiklius. Tokie įrenginiai gali būti efektyviai naudojami sprendžiant įvairias XXI amžiaus kosminių misijų problemas.

Atominė jėgainė - elektrinė, veikianti grandininės branduolio dalijimosi reakcijos energija. Atominė elektrinė, kuri iš esmės yra garo turbinos modifikacija, buvo pradėta naudoti laivuose šeštojo dešimtmečio pabaigoje. XX amžiuje Branduolinio laivo jėgainėje yra reaktorius, garo generatorius ir turbinos blokas, varantis laivo varomąją sistemą. Reaktorius – tai įrenginys, kuriame vyksta branduolinės grandininės reakcijos, kurių metu generuojama energija, kuri toliau paverčiama mechanine energija. Branduoliniame reaktoriuje susidaro tokios sąlygos, kad branduolio dalijimosi skaičius per laiko vienetą būtų pastovus, t.y. grandininė reakcija vyksta nuolat.

Branduolinio reaktoriaus konstrukcija ir veikimo principas.

1 - plieninis korpusas; 2 - moderatorius; 3 - reflektorius; 4 - apsauga; 5 - kuro elementai; 6 - aušinimo skysčio įleidimo anga; 7 - aušinimo skysčio išleidimo anga; 8 - valdymo strypai.

Branduoliniame kure yra skiliųjų medžiagų, dažniausiai urano arba plutonio. Kai atomų branduoliai suskyla į vadinamuosius fragmentus arba laisvus didelės energijos neutronus, išsiskiria daug energijos. Norint sumažinti didelę neutronų energiją, naudojamas moderatorius: grafitas, berilis arba vanduo. Siekiant sumažinti neutronų praradimo galimybę, įrengiamas reflektorius. Jį daugiausia sudaro berilis arba grafitas. Kad reaktoriuje nebūtų per stipraus neutronų srauto, atitinkamame gylyje įrengiami valdymo strypai, pagaminti iš neutronus sugeriančių medžiagų (kadmio, boro, indžio). Energijos mainai reaktoriuje vyksta naudojant aušinimo skysčius, vandenį, organinius skysčius, mažai tirpstančių metalų lydinius ir kt. Šiuo metu laivuose dažniausiai naudojami reaktoriai, aušinami vandeniu esant slėgiui.

Atominės elektrinės su slėginiu vandeniu aušinamu reaktoriumi diagrama.

1 - reaktorius; 2 - pirminė biologinė apsauga; 3 - antrinė biologinė apsauga; 4 - garo generatorius; 5 - pirminės grandinės šildymo ritė; 6 - pirminės grandinės cirkuliacinis siurblys; 7 - aukšto slėgio turbina; 8 - žemo slėgio turbina; 9 - pavarų dėžė; 10 - kondensatorius; 11 - antrinio kontūro siurblys; 12 - jūros vandens įvadas; 13 - jūros vandens išleidimo anga.

Šis įrenginys turi dvi cirkuliacines grandines. Pirmoji grandinė yra vandens cirkuliacija esant aukštam slėgiui. Pirminės grandinės vanduo taip pat tarnauja kaip aušinimo skystis branduoliniam reaktoriui ir jo slėgis yra maždaug 5,8–9,8 MPa. Jis teka per reaktorių ir kaitinamas, pavyzdžiui, laivuose Otto Hahn (Vokietija) ir Mutsu (Japonija), iki 278 °C. Tokiu atveju vandens slėgis neutralizuoja garavimą. Karštas vanduo iš pirminio kontūro, tekėdamas per šildymo gyvatuką, atiduoda savo šilumą garo generatoriui, tada vėl grįžta į reaktorių. Kondensatas į garo generatorių tiekiamas iš antrosios žemo slėgio grandinės. Garų generatoriuje šildomas vanduo išgaruoja. Šis santykinai žemo slėgio garas (pavyzdžiui, amerikietiškame laive „Savannah“ yra 3,14 MPa) yra skirtas maitinti turbinas, kurios varo propelerį per pavarų dėžę.

Branduolinis reaktorius yra izoliuotas nuo aplinkos apsauginiu skydu, nepraleidžiančiu kenksmingų radioaktyvių spindulių. Paprastai naudojami dvigubi ekranai. Pirmasis (pirminis) ekranas supa reaktorių ir yra pagamintas iš polietilenu dengtų švino plokščių ir betono. Antrinis ekranas supa garo generatorių ir apima visą pirminę aukšto slėgio grandinę. Šis ekranas daugiausia pagamintas iš betono, kurio storis nuo 500 mm (Otto Hahn) iki 1095 mm (Mutsu), taip pat iš švino plokščių, kurių storis 200 mm, ir iš polietileno, kurio storis 100 mm. Abu ekranai užima daug vietos ir yra labai sunkūs. Pavyzdžiui, laivo „Savannah“ pirminis ekranas sveria 665 tonas, antrinis – 2400. Tokių ekranų buvimas yra didelis atominių elektrinių trūkumas. Kitas, dar reikšmingesnis trūkumas yra, nepaisant visų apsaugos priemonių, aplinkos užteršimo pavojus tiek normaliai elektrinei eksploatuojant dėl ​​panaudoto kuro švaistymo, triumo vandens išleidimo iš reaktoriaus skyriaus ir pan., tiek nelaimingo atsitikimo metu. avarijų ir atominės elektrinės.

Neabejotini pranašumai yra labai mažos degalų sąnaudos ir beveik neribotas kreiserinis nuotolis. Pavyzdžiui, laivas „Otto Hahn“ (Vokietija) per trejus metus nesunaudojo net 20 kg urano, o tokio dydžio laive įprastos garo turbininės jėgainės kuro sąnaudos siekė 40 tūkst. japonų laivas „Mutsu“ yra 145 tūkst. .mylių Nepaisant šių privalumų, atominės elektrinės plačiai naudojamos tik karo laivuose. Ypač naudinga juos naudoti dideliuose povandeniniuose laivuose, kurie ilgą laiką gali išbūti po vandeniu, nes reaktoriuje nereikia oro šilumos energijai gaminti. Be to, galinguose ledlaužiuose, naudojamuose šiaurinėse Žemės rutulio platumose, įrengtos atominės elektrinės.

1 - mašinų skyrius; 2 - konteineris su reaktoriumi; 3 - pagalbinių mechanizmų skyrius; 4 - panaudoto kuro strypų saugykla.

Slėginių galios reaktorių veikimo principas ir konstrukcija.

Atominės elektrinės (AE).Šiuo metu vis aktualesnis tampa klausimas dėl plataus branduolinio kuro naudojimo laivų elektrinėse. Susidomėjimas laivais su atominėmis elektrinėmis ypač išaugo 1973–1974 m., kai dėl pasaulinės energetikos krizės smarkiai išaugo iškastinio kuro kainos. Pagrindinis laivų su atominėmis elektrinėmis privalumas yra praktiškai neribotas kreiserinis nuotolis, o tai labai svarbu ledlaužiams, Arkties laivams, tyrimų laivams, hidrografiniams laivams ir kt.

Branduolinio kuro paros sąnaudos neviršija kelių dešimčių gramų, o kuro elementus reaktoriuje galima keisti kartą per dvejus ketverius metus. Atominės elektrinės transporto laivuose, ypač tuose, kurie dideliu greičiu plaukia didelius atstumus, gali žymiai padidinti laivo keliamąją galią dėl beveik visiško kuro atsargų nebuvimo (tai suteikia daugiau naudos nei nuostoliai dėl didelės laivo masės). atominė jėgainė). Be to, atominė elektrinė gali veikti be oro prieigos, o tai labai svarbu povandeniniams laivams. Tačiau atominių elektrinių sunaudojamas kuras vis dar labai brangus. Be to, laivuose su atominėmis elektrinėmis būtina užtikrinti specialią biologinę apsaugą nuo radioaktyviosios spinduliuotės, dėl kurios įrenginys sunkėja. Reikia manyti, kad pažanga plėtojant branduolinę technologiją ir kuriant naujas konstrukcijas ir medžiagas leis palaipsniui pašalinti šiuos laivų atominių elektrinių trūkumus.

Visos šiuolaikinės laivų atominės elektrinės naudoja šilumą, išsiskiriančią dalijantis branduoliniam kurui, kad susidarytų garai arba šildomos dujos, kurios vėliau patenka į garo ar dujų turbiną. Pagrindinė branduolinės garo gamybos jėgainės APPU grandis reaktorius, kurioje vyksta branduolinė reakcija. Kaip branduolinis kuras naudojamos įvairios skiliosios medžiagos, kuriose branduolio dalijimosi procesą lydi didelis energijos kiekis. Šios medžiagos apima urano, plutonio ir torio izotopus.

Ryžiai. 6.1. Branduolinio reaktoriaus schema.

1- aktyvi zona; 2 -- urano strypai; 3 - moderatorius; 4 - reflektorius; 5 - aušinimo skystis; 6 - biologinė apsauga; 7 - šilumos skydas; 8 - reguliavimo sistema

Svarbiausi laivinių reaktorių elementai yra (6.2 pav.) aktyvi zona, kuriuose yra urano strypai ir moderatorius, būtinas branduolių skilimo metu išsiskiriančių neutroninių dalelių energijai sugerti; neutronų reflektorius, dalies neutronų, išmestų už šerdies, grąžinimas į šerdį; aušinimo skystis pašalinti iš šerdies šilumą, išsiskiriančią urano dalijimosi metu, ir perduoti šią šilumą kitam darbiniam skysčiui šilumokaityje; biologinės apsaugos ekranas, užkirsti kelią kenksmingos spinduliuotės plitimui iš reaktoriaus; valdymo ir apsaugos sistema, reguliuojant reakcijos eigą reaktoriuje ir ją stabdant avariniu būdu padidėjus galiai.

Branduoliniuose reaktoriuose moderatorius yra grafitas, sunkusis ir paprastas vanduo, o aušinimo skystis – žemos lydymosi temperatūros skysti metalai (natris, kalis, bismutas), dujos (helis, azotas, anglies dioksidas, oras) arba vanduo.

Reaktoriai, kuriuose ir moderatorius, ir aušinimo skystis yra distiliuotas vanduo, plačiai paplito laivų atominėse elektrinėse, todėl jie vadinasi. suslėgto vandens reaktoriai.Šie reaktoriai yra paprastesnės konstrukcijos, kompaktiškesni, patikimesni nei kitų tipų reaktoriai ir pigesni. Priklausomai nuo šiluminės energijos perdavimo iš reaktoriaus į pavarą (turbiną) būdo, išskiriamos vienos grandinės, dviejų grandinių ir trijų grandinių atominės elektrinės schemos.

Autorius vienos grandinės schema(6.2 pav., A) reaktoriuje susidaro darbinė medžiaga - garai, iš kur patenka tiesiai į turbiną ir iš jos per kondensatorių cirkuliacinio siurblio pagalba grįžta į reaktorių.

Autorius dvigubos grandinės grandinė(6.2 pav., b) Reaktoryje cirkuliuojantis aušinimo skystis atiduoda savo šilumą šilumokaityje - garo generatoriuje - vandeniui, iš kurio susidaro garai, kurie patenka į turbiną. Šiuo atveju aušinimo skystis per reaktorių ir garo generatorių praleidžiamas cirkuliaciniu siurbliu arba pūstuvu, o turbinos kondensatoriuje susidaręs kondensatas kondensato siurbliu pumpuojamas per šildymo, filtravimo ir papildymo sistemą ir vėl tiekiamas į garo generatorius prie tiekimo siurblio.

Trijų grandinių schema(6.2 pav., V) yra dvigubos grandinės grandinė su papildoma tarpine grandine, sujungta tarp pirmosios ir antrosios grandinės.

Vienos grandinės konstrukcija reikalauja biologinės apsaugos visoje grandinėje, įskaitant turbiną, o tai apsunkina techninę priežiūrą ir valdymą bei padidina pavojų įgulai. Dvigubos grandinės grandinė yra saugesnė, nes čia antroji grandinė nebėra pavojinga ašįgula. Todėl branduoliniuose laivuose beveik visada naudojamos dviejų grandinių grandinės. Trijų kilpų grandinės naudojamos, jei aušinimo skystis reaktoriuje yra labai aktyvuotas ir turi būti kruopščiai atskirtas nuo darbinės medžiagos, o tam ir yra skirta tarpinė kilpa.

Ryžiai. 6.2. Atominių elektrinių šiluminės diagramos:

A- vienos grandinės; b- dvigubos grandinės; V- trijų grandinių.

1 -reaktorius; 2 - turbina; 3 - kondensatorius; 4 - cirkuliacinis siurblys; 5 - garo generatorius; 6 - kondensato siurblys; 7 - filtravimo ir papildymo šildymo sistema; 8 - tiekimo siurblys; 9 - šilumokaitis; 10 - biologinė apsauga

Galios reaktorių veikimo principas ir konstrukcija. Laivuose su atominėmis elektrinėmis pagrindinis energijos šaltinis yra branduolinis reaktorius. Branduolinio kuro dalijimosi metu išsiskirianti šiluma generuoja garą, kuris vėliau patenka į garo turbiną.

Reaktoriaus gamykloje, kaip ir įprastame garo katile, yra siurbliai, šilumokaičiai ir kita pagalbinė įranga. Ypatinga branduolinio reaktoriaus savybė yra jo radioaktyvioji spinduliuotė, kuriai reikalinga speciali eksploatuojamojo personalo apsauga.

Saugumas. Aplink reaktorių turi būti įrengta didžiulė biologinė apsauga. Įprastos apsaugos nuo spinduliuotės medžiagos yra betonas, švinas, vanduo, plastikas ir plienas.

Iškyla skystų ir dujinių radioaktyviųjų atliekų saugojimo problema. Skystos atliekos laikomos specialiuose konteineriuose, o dujines atliekas sugeria aktyvuota anglis. Tada atliekos vežamos į krantą į perdirbimo įrenginius.

Laivo branduolinius reaktorius. Pagrindiniai branduolinio reaktoriaus elementai yra strypai su skilia medžiaga (kuro strypai), valdymo strypai, aušinimo skystis (aušinimo skystis), moderatorius ir reflektorius. Šie elementai yra uždaryti sandariame korpuse ir išdėstyti taip, kad būtų užtikrinta kontroliuojama branduolinė reakcija ir susidariusios šilumos pašalinimas.

Kuras gali būti uranas-235, plutonis arba abiejų mišinys; šie elementai gali būti chemiškai sujungti su kitais elementais ir būti skystoje arba kietoje fazėje. Reaktoriui aušinti naudojamas sunkus arba lengvas vanduo, skystieji metalai, organiniai junginiai ar dujos. Aušinimo skystis gali būti naudojamas šilumai perduoti kitam darbiniam skysčiui ir garui gaminti, arba jis gali būti naudojamas tiesiogiai turbinai sukti. Moderatorius padeda sumažinti gaminamų neutronų greitį iki vertės, kuri yra efektyviausia dalijimosi reakcijai. Atšvaitas grąžina neutronus į šerdį. Moderatorius ir atšvaitas dažniausiai yra sunkus ir lengvas vanduo, skysti metalai, grafitas ir berilis.

Visi karinio jūrų laivyno laivai, pirmasis atominis ledlaužis „Leninas“, pirmasis krovininis-keleivinis laivas „Savannah“ turi jėgaines, pagamintas pagal dviejų grandinių konstrukciją. Tokio reaktoriaus pirminėje grandinėje vanduo yra spaudžiamas iki 13 MPa, todėl neverda 270 0 C temperatūroje, įprasta reaktoriaus aušinimo keliui. Pirminėje grandinėje šildomas vanduo naudojamas kaip aušinimo skystis gaminant garą antrinėje grandinėje.

Pirminėje grandinėje taip pat gali būti naudojami skysti metalai. Ši schema buvo naudojama JAV karinio jūrų laivyno povandeniniame laive Sea Wolf, kur aušinimo skystis yra skysto natrio ir skysto kalio mišinys. Slėgis tokios schemos sistemoje yra palyginti mažas.

Tą patį pranašumą galima pasiekti naudojant kaip aušinimo skystį į parafiną panašias organines medžiagas – bifenilus ir trifenilus. Pirmuoju atveju trūkumas yra korozijos problema, o antruoju - dervingų nuosėdų susidarymas.

Yra vienos grandinės schemos, kuriose darbinis skystis, šildomas reaktoriuje, cirkuliuoja tarp jo ir pagrindinio variklio. Dujomis aušinami reaktoriai veikia naudojant vienos grandinės konstrukciją. Darbinis skystis yra dujos, pavyzdžiui, helis, kaitinamos reaktoriuje ir tada sukasi dujų turbina.

Apsauga. Pagrindinė jo funkcija – apsaugoti įgulą ir įrangą nuo reaktoriaus skleidžiamos radiacijos ir kitų elementų, kurie liečiasi su radioaktyviosiomis medžiagomis. Ši spinduliuotė skirstoma į dvi kategorijas: neutronus, išsiskiriančius branduolio dalijimosi metu, ir gama spinduliuotę, susidariusią šerdyje ir aktyvuotose medžiagose.

Apskritai laivai turi du izoliacinius apvalkalus. Pirmasis yra tiesiai aplink reaktoriaus indą. Antrinė (biologinė) apsauga apima garo gamybos įrangą, valymo sistemas ir atliekų konteinerius. Pirminis skydas sugeria didžiąją dalį reaktoriaus neutronų ir gama spinduliuotės. Tai sumažina reaktoriaus pagalbinės įrangos radioaktyvumą.

Pirminė apsauga gali būti dvisluoksnė sandari talpykla, kurios tarpas tarp korpusų pripildytas vandens ir 2–10 cm storio išorinis švino skydas.Vanduo sugeria didžiąją dalį neutronų, o gama spinduliuotę iš dalies sugeria korpuso sienelės, vanduo ir švinas.

Pagrindinė antrinės apsaugos funkcija – sumažinti radioaktyvaus azoto izotopo 16N spinduliuotę, kuri susidaro aušinimo skystyje, einančioje per reaktorių. Antrinei apsaugai naudojami vandens indai, betonas, švinas ir polietilenas.

Laivų su atominėmis elektrinėmis efektyvumas. Karo laivams statybos ir eksploatavimo kaštai yra mažiau svarbūs nei beveik neriboto kreiserinio nuotolio, didesnės laivų galios ir greičio, kompaktiško įrengimo ir techninės priežiūros personalo mažinimo privalumai. Dėl šių atominių elektrinių pranašumų jos buvo plačiai naudojamos povandeniniuose laivuose. Atominės energijos naudojimas ledlaužiams taip pat yra pagrįstas.

Savitikros klausimai:

Koks yra atominių elektrinių energijos šaltinis?

Kas yra dvigubo korpuso sandarus bakas?