Физический пуск реактора на орбите без специального источника нейтронов, в условиях

неопределенности космического излучения

Государственная корпорация «Росатом»Государственная корпорация «Росатом»

Государственный научный центр РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского

Государственный научный центр РФ – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского

П.А. Алексеев, И.А. Ехлаков, М.К. Овчаренко, А.П. ПышкоФГУП “ГНЦ РФ ФЭИ им. А.И. Лейпунского", г. Обнинск

Нейтронно-физические проблемы атомной энергетики,

Обнинск, 2013

Цель исследованияЦель исследования

Создание методики безопасного пуска термоэмиссионного реактора-преобразователя на орбите без специального пускового источника

нейтронов

Применение внешнего источника нейтронов связанно с…

Применение внешнего источника нейтронов связанно с…

• требуются дополнительные конструкционные элементы,

крепление источника, гермовводы в активную зону и др.

(увеличение массы и снижение надежность КЯЭУ).

• перед размещением в ракетоносителе с КЯЭУ проводится множество подготовительных операций

(персонал, проводящий работы в непосредственной близости от

мощного источника нейтронов (~106 н/с), будет подвергаться радиационному облучению)

Орбиты для физического пуска КЯЭУОрбиты для физического пуска КЯЭУ

Радиационно-безопасные орбиты для КЯЭУ первого поколения (БУК, ТОПАЗ) определены в диапазоне высот 800-1000 км. Время существования космического аппарата на таких орбитах после глушения реактора превышает 350 лет. За такой срок произойдет распад накопленных в реакторе продуктов деления до приемлемого низкого уровня.

На сегодняшний день…

Орбиты 800-1000 км являются наиболее загрязненными космическим мусором, что увеличивает вероятность столкновения КЯЭУ с фрагментами спутников.

Увеличение кампании реактора с нескольких месяцев до нескольких лет требует большего времени для высвечивания.

В качестве радиационно-безопасных рассматриваются орбиты с высотами 1200 – 2000 км

КЯЭУ типа «ТОПАЗ»КЯЭУ типа «ТОПАЗ»

Под воздействием протонов космического излучения в активную зону термоэмиссионного реактора-преобразователя типа «ТОПАЗ» попадает 105-107 н/с, т.е. количество нейтронов способное сформировать достаточно делений для обеспечения контролируемого уровня мощности.

Распределение потоков протонов орбитах высотой 1200 и 1500 км

Распределение потоков протонов орбитах высотой 1200 и 1500 км

Распределение потоков протонов с энергией более 1,5 МэВ на орбитах высотой 1200 и 1500 км в период максимума солнечной активности.

Изменение мощности реактора при движении космического аппарата по орбите

Изменение мощности реактора при движении космического аппарата по орбите

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Время, сек.

Мо

щн

ост

ь,

Вт

1.00E-09

1.00E-08

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Время, сек.

Мо

щн

ост

ь, В

т

- изменение тепловой мощности реактора

- трасса полета космического аппарата

1200 км

1500 км

Изменение мощности реактора в период пуска, на орбите 1500 км.Изменение мощности реактора в период пуска, на орбите 1500 км.

В обоих случаях (время начала пуска t=0 с и t=3000 с) найденные алгоритмы управления позволяют запустить реактор и достичь мощности прогрева за приемлемое время.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моделирование динамики ядерного реактора с учетом действия переменного по времени внешнего источника показало принципиальную возможность безопасного пуска ТРП без специального источника нейтронов.

Радиационные условия (потоки протонов) на орбите 1500 км позволяют безопасно запустить ТРП и достичь мощности прогрева за приемлемое время.

Благодарю за внимание!

Спектр протонов для трех точек на орбите 1500 км.

Спектр протонов для трех точек на орбите 1500 км.

1,0E+00

1,0E+01

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05

0,1 1 10 100 1000

Е, MeV

По

ток,

Пр

ото

н/(

стер

. см

^2

c)