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)