ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Материалы и проблемы проектирования ракетных реакторов из "Космическая техника " Представляет интерес плотность мощности порядка 100 Мвт/фут . Как указывалось выше, такая концентрация сравнима с величинами плотности МОЩНОСТИ в камере сгорания химического ракетного двигателя и, грубо говоря, эквивалентна тому, чтобы упрятать мощность гидростанции Гувер-Дам в ящик конторского стола. [c.515] Так как передача тепла к газу идет в основном за счет конвекции, то тепловыделяющие элементы, кроме тепловых напряжений, должны также противостоять установившимся нагрузкам, возникающим вследствие разницы давлений в потоке газа. Эти нагрузки могут быть достаточно велики, особенно для реакторов, рассчитанных на работу нри больших числах Не, так как большим числам Ке соответствуют большие величины коэффициента теплопередачи [12, 13]. [c.516] Все элементы, указанные в табл. 15.2, обладают прочностью на растяжение, достаточной для использования их при температуре выше 5000° К, если деформации активной зоны реактора достаточно малы однако сомнительно, чтобы карбиды этих элементов оказались пригодными для работы в условиях растяжения при высоких температурах. Для конструкций активной зоны реакторов, в которых нагрузки в основном сжимающие, потенциально пригоден любой из этих материалов. Величина поперечного сечения захвата тепловых нейтронов интересна при сравнении свойств материалов, используемых преимущественно в тепловых реакторах. Важным параметром, характеризующим замедление нейтронов до тепловых, является также значение интеграла резонансного поглощения [14]. Первый из этих параметров характеризует степень поглощения тепловых нейтронов веществом тепловыделяющего элемента по сравнению с поглощением веществом самого горючего второй параметр является мерой способности к поглощению быстрых нейтронов. Заметим, что величины макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов вольфрама и тантала приблизительно в 3000 раз, а рения в 1500 раз больше, чем соответствующая величина для графита. Кроме того, вольфрам, рений и тантал имеют большое количество резонансов в области быстрых нейтронов, в результате чего интеграл резонансного поглощения достигает таких высоких значений, которые практически не позволяют (с течки зрения требования критической массы) считать эти материалы пригодными для использования их в потоке быстрых нейтронов. С точки зрения нейтронной физики эффективное использование любого из этих металлов требует блочной структуры замедлителя, чтобы замедление нейтронов до тепловых энергий происходило при незначительном поглощении надтепловых нейтронов. Таким образом, выбор конструкционного материала для тепловыделяющих элементов и геометрия активной зоны реактора оказываются взаимосвязанными. С этой точки зрения рений, вольфрам и тантал являются лучшими материалами для активных зон кассетного типа с замедлителем, в то время как графит, имеющий низкий атомный вес и являющийся поэтому хорошим замедлителем, может использоваться в гомогенных смесях как в тепловых реакторах, так и в реакторах на быстрых нейтронах. [c.518] Требования нейтронной физики являются определяющими при выборе материала отражателя или замедлителя. Основным назначением этих составляющих является замедление нейтронов до тепловых следовательно, материалы замедлителя и отражателя должны иметь низкий атомный вес и малое значение поперечного сечения поглощения нейтронов. Для этой цели наиболее пригодны бериллий, окись бериллия, тяжелая вода, графит. Из этих четырех веществ только графит можно использовать при высоких температурах активной зоны реактора, все другие нужно изолировать от нагретой зоны реактора. В некоторых конструкциях реакторов замедлитель несет часть нагрузки, возникающей вследствие перепада давлений в активной зоне реактора. В таких случаях при выборе материала играют роль также напряжения, возникающие в нем. [c.519] приходящийся на элементы связывающей конструкции, является непродуктивным с точки зрения, по лучения тяги. Поэтому для конструкционных элементов предпочтительны материалы с большим отношением предела прочности к весу. [c.519] Член 1 + м учитывает местное образование 7-квантоБ малой энергии в результате комптоновских воздействий фотонов в первичном пучке. [c.520] Значение величины тепловыделения, обусловленного 7 излучением, может быть проиллюстрировано примером. Рассмотрим реактор, полная мощность которого 5000 Мет. Из этой мощности около 300 Мет будет теряться с Y-излучением. При радиусе кожуха в 3 фута поток энергии Y-излучения, приходящийся на единицу внутренней поверхности кожуха (пренебрегая поглощением 7-излучения материалом между активной зоной реактора и кожуха), будет равен 2,6 Мвт/фут . Для никелевого или железного (стального) кожуха коэффициент поглощения равен 0,23 см или 7,0 фут . Тогда плотность мощности в единице объема внутренней части кожуха будет 18 Мвт/фут , что составляет около одной пятой плотности мощности в реакторе. Из этого примера ясно, что для механических частей ядерных ракетных двигателей желательно применять материалы с малым значением коэффициента поглощения и большим коэффициентом теплопроводности. Эта задача упрощается тем, что большинство материалов замедлителей обладает малым коэффициентом поглощения однако в замедлителях большое значение имеет нагрев, обусловленный замедлением нейтронов, хотя в общем-то этот фактор незначителен для металлических конструкций. Локальная плотность мощности, выделяемой при облучении быстрыми нейтронами, равна произведению локальной величины потока быстрых нейтронов, умноженной на макроскопическое поперечное сечение рассеяния нейтронов материалом и на величину средней энергии, теряемой при одном столкновении. Нельзя дать общих данных по этому вопросу, так как явление сильно зависит от нейтронных характеристик материалов активной зоны и реактора в целом однако для многих реакторов на тепловых нейтронах и реакторов на замедленных быстрых нейтронах было найдено, что для тех частей замедлителя, которые расположены вблизи или внутри активной зоны, плотности мощностей, обусловленных гамма- и нейтронным излучением, сравнимы. [c.520] Вернуться к основной статье