Ядерные энергетические установки реферат

Обновлено: 02.07.2024

В ближнем космосе на энергоемких околоземных орбитах одной из принципиальных и приоритетных задач является создание всепогодной круглосуточной оперативной высоко детальной системы наблюдения обширных районов земной поверхности и обеспечения специальной связи. Основным преимуществом одного из возможных методов наблюдения радиолокационного — по сравнению с методами наблюдения в оптическом диапазоне является независимость от метеоусловий и освещенности, что чрезвычайно важно для оперативных целей. Ряд стратегических и социально-экономических задач может быть решен только в условиях оперативного получения информации, и радиолокационные системы могут стать единственно приемлемыми. Для решения этих задач космические аппараты (КА) на геостационарной и геосинхронной орбитах должны располагать на борту десятками и сотнями киловатт электрической мощности.

Глобальная космическая задача — получение достаточной базы данных для построения модели происхождения и эволюции Солнечной системы. Эти данные будут способствовать построению надежной геохимической модели Земли и, соответственно, модели глобальных геологических процессов. Такая модель Земли необходима для разработки эффективной стратегии поисков и освоения новых ресурсов жизнеобеспечения человека. Ключ к понимаю механизма процессов, происходивших в период формирования‚ Солнечной системы, возможно, даст реликтовое вещество, собранное из различных ее областей.

Решение этих и целого ряда других задач (изучение Луны, Марса, обеспечение безопасности жизни на Земле и др.) возможно при использовании на борту космических аппаратов ядерных энергетических и энергодвигательных установок.

Ядерная энергодвигательная установка (ЯЭДУ) — двигательная установка космического аппарата с ядерным реактором мегаваттного класса, не имеющая аналогов в мире.

Начало работ над ядерными двигателями приходится на 1960-е годы. Ряд предприятий советской отрасли, в частности центр Келдыша, КБХА и Институт Доллежаля, принимали участие в этих работах, в результате которых был накоплен колоссальный опыт не только по работе с ядерными двигателями, но и по термоэмиссионным и термоэлектрическим энергоустановкам, а также по материалам и топливу.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Отличие установок первого поколения от установок XXI века также заключается и в том, что реактор установки мегаваттного класса вырабатывает тепловую энергию, которая преобразуется в электрическую и далее расходуется на работу двигателя и другого оборудования, а её энергоблок работает по замкнутому циклу без выброса радиоактивных веществ. В реакторах первого поколения реактор был нужен для разогрева рабочего тела и создания реактивной тяги.

1. Общие сведения о ЯЭДУ

Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса выполняется совместно предприятиями Росатома и Роскосмоса в соответствии с решением, принятым в 2009 году президентской комиссией по модернизации. Не имеющая аналогов энерготранспортная установка позволит создать качественно новую технику высокой энерговооруженности для изучения и освоения дальнего космоса. Новый проект предполагает использование ионных электрореактивных двигателей, в которых реактивная тяга создается за счет ускоренного электрическим полем потока ионов. При использовании космических ядерных энергоустановок можно приступить к решению таких задач, как полет на Марс, детальные исследования планет и их спутников, промышленное производство в космосе. Также можно будет заниматься очисткой околоземного космического пространства от космического мусора, бороться с астероидной опасностью, создавать на планетах автоматизированные базы.

Большими достоинствами проекта являются практически важные эксплуатационные характеристики — высокий ресурс (10 лет эксплуатации), значительный межремонтный интервал и продолжительное время работы на одном включении. Они не могут не впечатлять специалистов из других стран, в первую очередь США.

2. Устройство ЯЭДУ и характеристики

ЯЭДУ содержит три основных устройства:

Нужна помощь в написании реферата?

) реакторную установку с рабочим телом и вспомогательными устройствами (теплообменник-рекуператор и турбогенератор-компрессор);

) электроракетную двигательную установку;

Рис. 1. Компоновка ЯЭДУ. Транспортно-энергетический модуль

Габаритные размеры (рабочее положение), м 53,4-21,6-21,6

Электрическая мощность ЭБ, МВт 1,0

Удельный импульс ЭРД, км/с не менее 70,0

Нужна помощь в написании реферата?

Мощность ЭРД, МВт не более 0,94

Суммарная тяга маршевых ЭРД, Н не менее 18,0

межорбитальная буксировка полезной нагрузки

на полезную нагрузку энергии (225 МВт)

Реактор ЯЭДУ вырабатывает тепловую энергию, которая преобразуется в электрическую. Электроэнергия расходуется на работу электроракетных двигателей и питание оборудования транспортного модуля. При этом энергоблок работает по замкнутому циклу — радиоактивные вещества не попадают в окружающее пространство. Уникальность проекта также и в использовании специального теплоносителя — гелий-ксеноновой смеси. В установке обеспечивается высокий коэффициент полезного действия.

Нужна помощь в написании реферата?

В качестве топлива используется соединение (диоксид или карбонитрид) урана, но поскольку конструкция должна быть очень компактной, уран имеет более высокое обогащение по изотопу 235, чем в твэлах на обычных атомных станциях. Также, в отличие от обычной топливной энергетики, этому топливу придется работать при очень высоких температурах, что накладывает жесткие условия на выбор конструкционных материалов, которые смогут сдерживать негативные факторы, связанные с температурой, и в то же время позволят топливу выполнять его основную функцию — нагревать газовый теплоноситель. В связи с этим, оболочки твэлов изготовлены из монокристаллического сплава тугоплавких металлов на основе молибдена.

Этому топливу придется работать при очень высоких температурах. В обычной ядерной топливной энергетике температуры на тысячу градусов ниже. Поэтому необходимо было выбрать такие материалы, которые смогут сдерживать негативные факторы, связанные с температурой, и в то же время позволят топливу выполнять его основную функцию — нагревать газовый теплоноситель, с помощью которого будет производиться электроэнергия.

Проблема радиационной безопасности решается теневой защитой — реактор закрывают только с одной стороны, с той, где расположено оборудование и полезный груз. Излучение может свободно распространяться во все остальные стороны, там нет ничего, кроме космической пустоты. Так можно существенно сэкономить на весе защиты.

Электроракетная двигательная установка (двигатель)

В 2010 году были сформулированы технические предложения по проекту. С этого года началось проектирование.

Известно, что с начала 1960-х годов в мире было разработано несколько типов электрореактивных двигателей: ионный, стационарный плазменный, двигатель с анодным слоем, импульсный плазменный двигатель, магнитоплазменный, магнитоплазмодинамический.

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша (ранее РНИИ, НИИ-1, НИИТП) разработал и изготовил опытный образец ионного двигателя высокой мощности ИД-500. Его параметры такие: мощность 32-35 кВт, тяга 375-750 мН, удельный импульс 70000 м/с, коэффициент полезного действия 0,75.

На данном этапе опытный образец ИД-500 имеет электроды ионно-оптической системы, выполненные из титана с диаметром перфорированной отверстиями зоны 500 мм, катод газоразрядной камеры, который обеспечивает ток разряда в диапазоне 20-70 А и катод-нейтрализатор, способный обеспечить нейтрализацию ионного пучка в диапазоне токов 2-9 А. На следующем этапе разработки двигатель будет оснащен электродами из углерод-углеродного композиционного материала и катодом с графитовым подвижным электродом.

Нужна помощь в написании реферата?

По планам, к концу 2017 года будет осуществлена подготовка ядерной энергодвигательной установки для комплектации транспортно-энергетического модуля (перелетного межпланетного модуля). К концу 2018 года ЯЭДУ будет подготовлена к летно-конструкторским испытаниям. Финансирование проекта осуществляется за счет средств федерального бюджета. Смета на период 2010-2018 гг. составляет 7245 млн руб.

На Земле для охлаждения электростанций используется либо вода, либо гигантские градирни. В космосе эти способы не доступны. Единственная возможность — охлаждение излучением. Нагретая поверхность в пустоте охлаждается, излучая электромагнитные волны в широком диапазоне, в том числе видимый свет.

Общая схема холодильника представлена на рис. 2 и 3

По состоянию на лето 2015 г. промежуточные результаты такие:

для теплообменных аппаратов выбрана, экспериментально обоснована и изготовлена моноблочная бескорпусная конструкция с использованием теплообменной матрицы из унифицированных штампованных пластин.

Рис. 2. Параметры холодильника ЯЭДУ

Нужна помощь в написании реферата?

Рис. 3. Вариант компоновки ЯЭДУ в составе многоразового межорбитального буксира:

а) с панельным холодильником-излучателем

б) с капельным холодильником излучателем
Библиографический список

выполнил: Нетрусов А.А.
группа: ГПА.Б-41
вариант: 8
проверил: Морозенко М.И.

Калуга, 2013
Содержание
1. Введение. 2
2. ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ 2
2.1 Ядерные реакторы. 2
3. ТЕХНИЧЕСКИЕОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 3
3.1 Особенности ядерного реактора как источника теплоты. 3
3.2 Устройство энергетических ядерных реакторов. 4
3.3 Требования к конструкциям активной зоны и ее характеристики. 5
3.4 Классификация реакторов. 6
4. Заключение. 10
5. список использованной Литературы 11

1.ВВЕДЕНИЕ
Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающаяэнергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства.
В мире идет процесс индустриализации, который требует дополнительного расхода материалов, что увеличивает энергозатраты. С ростом населения увеличиваются энергозатраты на обработку почвы, уборку урожая, производство удобрений и т.д.
В настоящее время многие природныелегкодоступные ресурсы планеты исчерпываются. Добывать сырье приходится на большой глубине или на морских шельфах. Ограниченные мировые запасы нефти и газа, казалось бы, ставят человечество перед перспективой энергетического кризиса. Однако использование ядерной энергии дает человечеству возможность избежать этого, так как результаты фундаментальных исследований физики атомного ядра позволяют отвести угрозуэнергетического кризиса путем использования энергии, выделяемой при некоторых реакциях атомных ядер.

2.ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ
2.1 Ядерные реакторы.
При делении тяжелых ядер образуется несколько свободных нейтронов. Это позволяет организовать так называемую цепную реакцию деления, когда нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелые элементы, могут вызвать их деление с испусканием новыхсвободных нейтронов. Если среда такова, что число вновь рождающихся нейтронов увеличивается, то процесс деления лавинообразно нарастает. В случае, когда число нейтронов при последующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция затухает.
Для получения стационарной цепной ядерной реакции, очевидно, необходимо создать такие условия, чтобы каждое ядро, поглотившее нейтрон, при делении выделяло всреднем один нейтрон, идущий на деление второго тяжелого ядра.
Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых ядер.
Цепная ядерная реакция в реакторе может осуществляться только при определенном количестве делящихся ядер, которые могут делиться при любой энергии нейтронов. Из делящихся материалов важнейшим являетсяизотоп 235U, доля которого в естественном уране составляет всего 0,714 %.
Хотя 238U и делится нейтронами, энергия которых превышает 1,2 МэВ, однако самоподдерживающаяся цепная реакция на быстрых нейтронах в естественном уране не возможна из-за высокой вероятности неупругого взаимодействия ядер 238U с быстрыми нейтронами. При этом энергия нейтронов становится ниже пороговой энергии деления ядер238U.
Использование замедлителя приводит к уменьшению резонансного поглощения в 238U, так как нейтрон может пройти область резонансных энергий в результате столкновения с ядрами замедлителя и поглотиться ядрами 235U, 239Pu, 233U, сечение деления которых существенно увеличивается с уменьшением энергии нейтронов. В качестве замедлителей используют материалы с малым массовым числом и небольшим сечениемпоглощения (вода, графит, бериллий и др.).
Для характеристики цепной реакции деления используется величина, называемая коэффициентом размножения К. Это отношение числа нейтронов определенного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения. Для стационарной цепной реакции деления К=1. Размножающаяся система (реактор), в которой К=1, называется критической.

Читайте также: