Выносные реакторы ТЭГ

К выносным реакторным ТЭГ относилась американская ядерная установка SNAP-10A, предназначенная для работы в условиях космоса. Она состояла из реактора, насоса для прокачки теплоносителя, расположенного в головной части реактора, и термобатареи с отражателем, имеющей вид усеченного конуса, состыкованной с реактором и отделенной от него радиационной защитой. В установке использовался ядерный реактор на тепловых нейтронах мощностью 35 кет (т.), где в качестве топлива и замедлителя применялась гомогенная смесь урана и гидрида циркония, а в качестве теплоносителя — сплав Na—К. Активная зона состояла из 37 твэлов длиной 33 см и диаметром 3 см. Загрузка активной зоны составляла 4,3 кГ. Высота реактора 40 см, диаметр 35 см, вес без защиты 135 кГ, а с защитой 385 кГ. Четыре бериллиевых отражателя в нерабочем состоянии реактора располагались в радиальных плоскостях и не обеспечивали условий для возникновения ядерной реакции. Для ввода реактора в действие два отражателя с помощью пружин прижимались к его корпусу, а два других разворачивались электродвигателями по заданной программе в течение 72 ч, окружая активную зону и обеспечивая пуск реактора и выход его на номинальный режим.

Тепло реактора передавалось термобатарее теплоотводящим контуром с жидким сплавом Na — К эвтектического состава. Жидкий металл циркулировался электромагнитным насосом постоянного тока, который питался короткозамкнутой термобатареей из двух параллельно включенных элементов из р- и п-типов. Температура горячего спая этой термобатареи была равна температуре жидкого металла на выходе из контура, а температура холодного спая определялась оребрением насоса. Необходимый для работы насоса постоянный ток, вырабатываемый короткозамкнутой термобатареей, составлял 700; вес насоса около 9,1 кГ. Необходимое для его работы количество тепла достигало 700 вт. Один из вариантов такого насоса о писан в работе. Поток теплоносителя от насоса проходил через 40 трубок, смонтированных по образующим конической поверхности термобатареи. Расход теплоносителя составлял 0,82 л/сек. Помимо насоса контур теплоносителя содержал сильфонное устройство для компенсации теплового расширения жидкого металла.

Основным несущим элементом конструкции установки являлся усеченный конус из гофрированного титана с внутренними укрепляющими кольцами. Общий контур теплоносителя и термобатарея укреплены на поверхности этой конструкции. Реактор и защита смонтированы на верхнем кольце конуса. Защита весила 98 кГ и состояла из тонкостенной стальной оболочки, наполненной холодным прессованным гидридом лития, что снижало нейтронный поток примерно на 4 порядка. Термобатарея SNAP-10A состояла из 120 отдельных модулей, имела 1440 термоэлементов, общий вес которых 68 кГ, а площадь излучения 5,8 ж2. Внутреннее сопротивление термобатареи составляло 1,66—1,78 ом, напряжение 28,5 в и полезная мощность порядка 500 вт. При этом перепад температур был равен 160°, а температура теплоносителя на входе 520° С. В стендовых испытаниях температура горячего спая термобатареи достигала 704° С, а сплавы Ge—Si испытывались до температур 982° С. При расчетных режимах (520°С) термомодули установки в стендовых испытаниях проработали более 12 000 ч.

Стендовые испытания системы показали некоторое снижение напряжения и мощности в течение первых 50 дней, после чего наблюдалось выравнивание характеристик.

После проведения комплекса наземных испытаний установка SNAP-10A была в апреле 1965 г. запущена в космос ракетой «Аджена» на орбиту со средней высотой 1300 км.

Полезная мощность несколько превышала расчетные и стендовые данные, что объясняется лучшим отводом тепла и более низкой, чем расчетная, температурой горячих спаев. За время работы полезная мощность установки несколько снизилась вследствие увеличения внутреннего сопротивления термобатареи и уменьшения тепловой мощности реактора. К. п. д. всей установки составлял 1,4%, а удельная мощность-—1,3 вт/кГ при полном весе 435,8 кГ. Эти значения, безусловно, невелики, особенно если учесть достаточно большую разность температур на термобатарее. По-видимому, это можно объяснить работой термоэлементов в температурной области, где термоэлектрический материал не обладает максимальной добротностью, а также несколько неудачной конструкцией термомодуля. Значительное разнесение термостолбиков и потери в коммутационных и изоляционных слоях привели к большим тепловым потерям, что снизило к. п. д. и удельную мощность.

Через 43 суток работы SNAP-10A были обнаружены неполадки системы, вызванные неисправностями в электрической части спутника, несущего реактор, после чего он был приземлен и сгорел в атмосфере.

Дата публикации: 20.04.2012

Похожие записи:

• Высокотемпературный реактор-преобразователь «Ромашка»
• Термобатарея «Ромашка»
• РЕАКТОРНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРЫ
• Планы развития атомной энергетики
• Жизнь без ядерной энергии. Возможно ли?
• Плюсы и минусы водоугольного топлива