Инженерный журнал: наука и инновации
# 9·2016 1
УДК 621.039.546 DOI 10.18698/2308-6033-2016-09-1535
Перспективный облик высокотемпературной ядерной
энергетической установки
© Ф.А. Баучкин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Предложены некоторые технические решения, которые позволяют реализовать
бесстолкновительный режим с поверхностной ионизацией в высокотемператур-
ных термоэмиссионных ядерных энергетических установках и оформить пер-
спективный облик таких установок. Проведен анализ и выбор конструкционных
материалов, способных обеспечить работоспособность и требуемые выходные
параметры при повышенных температурах электродов. В частности, рассмот-
рена вынесенная схема расположения преобразователя относительно активной
зоны реактора для обеспечения изотермичности преобразователя. Предложена
перспективная одноканальная многоэлементная схема компоновки электрогенери-
рующего канала, в которой учтены недостатки как одноэлементной, так и мно-
гоэлементной гирляндной схемы. Также предложена схема термоэмиссионной
электрогенерирующей сборки с внешним расположением ядерного топлива, кото-
рая обеспечивает простоту конструкции и принцип модульного построения ак-
тивной зоны. Приведены результаты выполненного для дальнейшей проработки
предлагаемой конструкции «пристрелочного» стационарного теплового расчета
участка канала длиной 10 мм с использованием программного комплекса Star-
CCM+.
Ключевые слова:
высокотемпературная термоэмиссионная ядерная энергетиче-
ская установка, термоэмиссионный преобразователь, вынесенная схема, тепловая
труба, компоновка, стационарный тепловой расчет, перспективный облик.
Введение.
В
начале XXI в. появились проекты термоэмиссион-
ных ядерных энергетических установок (ЯЭУ) второго поколения, в
которых применяется многоэлементная гирляндная схема компонов-
ки электрогенерирующих каналов (ЭГК) с дуговым режимом работы
термоэмиссионного преобразователя (ТЭП). Данный режим был ши-
роко исследован коллективами ГНЦ РФ — ФЭИ, НПО «Луч», АО
«Красная звезда», НИЦ «Курчатовский институт». При зазоре поряд-
ка 0,4 мм, давлении цезия в межэлектродном зазоре (МЭЗ) 1…5 торр
и температуре эмиттера до 1900 К в многоэлементных ЭГК, работа-
ющих в дуговом режиме, получена удельная электрическая мощность
до 2,5 Вт/см
2
и КПД до 10…12 % [1]. Разрабатываются двухрежим-
ные ЯЭУ мощностью 25…500 кВт сроком службы до 10 лет в номи-
нальном режиме, возможна работа в форсированном режиме про-
должительностью до 1 года. Удельная масса таких установок варьи-
руется от 15 до 40 кг/кВт в зависимости от мощности. Полагают, что
эти ЯЭУ найдут применение в транспортных космических аппаратах