RU2743117C1 - Nuclear reactor for spacecraft - Google Patents

Abstract

FIELD: nuclear power plant reactors.SUBSTANCE: invention relates to nuclear power plants/units for spacecraft. The reactor contains a body (1) with a core (4) and fuel assemblies (5) (FA) installed to prevent the formation of a critical mass of fissile material, characterized in that at least part of the FA (5) are located outside the core (4 ) outside the housing (1), where the fuel assemblies (5) are placed in individual capsules (11) equipped with an emergency means (12) for safe descent and a transmitter (13) for determining the location, while the fuel assemblies (5) are made with the possibility of automatized or automatic loading into the core (4) of the reactor when the spacecraft reaches the radiation-safe orbit.EFFECT: increase in safety while simplifying the process of transporting the reactor on the ground and when launching a spacecraft into orbit, reducing the likelihood of a chain reaction in the event of a fall of a launch vehicle with a spacecraft, improving the neutronic and thermohydraulic characteristics of the reactor and, as a consequence, its reliability and resource.10 cl, 3 dwg

Description

[01] Область техники[01] Technical field

[02] Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к реакторам для ядерных энергетических установок и ядерных энергодвигательных установок большой мощности, предназначенным для использования в качестве источников электрической и тепловой энергии космических аппаратов.[02] The invention relates to the field of nuclear power, in particular, to reactors for nuclear power plants and nuclear power plants of high power, intended for use as sources of electrical and thermal energy of spacecraft.

[03] Уровень техники[03] State of the art

[04] Известна конструкция ядерного реактора для космических аппаратов, включающая корпус с обечайками и плитами, наборы тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), образующие тепловыделяющие сборки (ТВС), а также поглощающие элементы (ПЭЛы), которые могут перемещаться в активную зону реактора через выполненные в корпусе каналы. («Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ», А.А. Куландин, С.В. Тимашев, В.Д. Атамасов и др. - Л.: Энергоатомиздат, 1987 г., с. 183, 298, 299). Снаряжение (загрузка) активной зоны такого реактора производится на земле на заводе-изготовителе или на техническом комплексе на этапе подготовки к запуску в космос. При этом управление ядерной реакцией реализуется с использованием ПЭЛов. Канал для подвижных ПЭЛов размещается внутри активной зоны между ТВЭЛами и представляет собой трубу, внутри которой осуществляется перемещение ПЭЛа, приводимого в движение передачей через тягу усилий от исполнительного механизма, расположенного, как правило, за радиационной защитой. Также ПЭЛы могут располагаться снаружи корпуса в барабанах – цилиндрах, состоящих из материала отражателя и сегментарно расположенных с одной его стороны элементов с поглощающим материалом. Барабан закрепляется в подшипниках и вращается через элемент передачи с помощью исполнительного механизма, расположенного, как правило, за радиационной защитой. Регулирование нейтронной мощности происходит при вращении барабана и удалении или приближении ПЭЛов к активной зоне. Может применяться и комбинированная схема регулирования мощности реактора из подвижных ПЭЛов и барабанов. Таким образом, на орбиту на ракете-носителе выводится реакторная установка в сборе, снаряженная ядерным топливом.[04] The known design of a nuclear reactor for spacecraft, including a housing with shells and plates, sets of fuel elements (fuel rods), forming fuel assemblies (FA), as well as absorbing elements (PEL), which can move into the reactor core through made in housing channels. ("Fundamentals of the theory, design and operation of space nuclear power plants", A. Kulandin, S. Timashev, V. Atamasov and others - L .: Energoatomizdat, 1987, p. 183, 298, 299) ... The equipment (loading) of the core of such a reactor is carried out on the ground at the manufacturing plant or at the technical complex at the stage of preparation for launching into space. In this case, the control of the nuclear reaction is implemented using PELs. The channel for movable PELs is located inside the core between the fuel rods and is a tube inside which the PEL moves, driven by the transfer of forces from the actuator through the thrust, located, as a rule, behind the radiation shield. Also, PELs can be located outside the housing in drums - cylinders, consisting of a reflector material and elements with absorbing material segmented on one side. The drum is fixed in bearings and rotates through the transmission element by means of an actuator located, as a rule, behind the radiation shield. The regulation of the neutron power occurs when the drum rotates and the PELs move away or approach the core. A combined scheme for regulating the power of the reactor from movable PELs and drums can also be used. Thus, an assembled reactor plant, equipped with nuclear fuel, is put into orbit on a launch vehicle.

[05] Недостатками указанного технического решения являются: [05] The disadvantages of this technical solution are:

[06] - наличие в активной зоне реактора надкритической массы делящегося вещества, что может в аварийных ситуациях привести к неконтролируемому пуску реактора.[06] - the presence of a supercritical mass of fissile material in the reactor core, which in emergency situations can lead to an uncontrolled reactor start-up.

[07] - возможность частичного или полного несанкционированного изменения положения ПЭЛов при внешних и(или) внутренних воздействиях при падении ракеты-носителя на землю на этапе выведения космического аппарата с ЯЭУ на орбиту, что в особых условиях теоретически может способствовать возникновению цепной реакции деления;[07] - the possibility of a partial or complete unauthorized change in the position of PELs under external and (or) internal influences when the launch vehicle falls to the ground at the stage of launching a spacecraft from a nuclear power plant into orbit, which in special conditions can theoretically contribute to the occurrence of a fission chain reaction;

[08] - возможность образования критической массы с учетом многовариантности характера, степени и последствий разрушения реакторной установки, корпуса реактора, активной зоны, ТВЭЛов и ПЭЛов при попадании деформированной (дефрагментированной) активной зоны в водородсодержащую среду (воду) при падении ракеты-носителя на этапе выведения космического аппарата с ЯЭУ на орбиту, что в особых условиях теоретически может способствовать возникновению цепной реакции деления; [08] - the possibility of the formation of a critical mass, taking into account the multivariance of the nature, degree and consequences of the destruction of the reactor plant, the reactor vessel, the core, fuel rods and PELs when a deformed (defragmented) core enters a hydrogen-containing medium (water) when the launch vehicle falls at the stage launching a spacecraft from a nuclear power plant into orbit, which in special conditions can theoretically contribute to the emergence of a chain fission reaction;

[09] - разрушение ТВЭЛов при падении ракеты-носителя на этапе выведения космического аппарата с ЯЭУ на орбиту и сложности с поиском и сбором их обломков (частей) на Земле.[09] - the destruction of fuel elements during the fall of the launch vehicle at the stage of launching the spacecraft from the nuclear power plant into orbit and the difficulty of finding and collecting their debris (parts) on Earth.

[010] Наиболее близким аналогом (прототипом) рассматриваемого решения с точки зрения решаемой задачи является конструкция транспортируемого ядерного реактора, описанная в заявке США US2018090237, 19.03.2018. Реактор содержит корпус с активной зоной и несколько раздельных модулей докритической мощности. Каждый модуль имеет топливный картридж с тепловыделяющей сборкой. При этом все модули установлены внутри корпуса реактора с возможностью относительного перемещения для управления ядерной реакцией за счет препятствия образования критической массы делящегося вещества в процессе транспортировки реактора. [010] The closest analogue (prototype) of the considered solution from the point of view of the problem being solved is the design of a transported nuclear reactor, described in US application US2018090237, 03/19/2018. The reactor contains a body with a core and several separate subcritical power modules. Each module has a fuel cartridge with a fuel assembly. In this case, all modules are installed inside the reactor vessel with the possibility of relative movement to control the nuclear reaction by preventing the formation of a critical mass of fissile material during the transportation of the reactor.

[011] Несмотря на то, что описанная конструкция по прототипу в некоторой степени защищает реактор от возникновения неконтролируемой цепной реакции деления при аварии, она обладает вышеописанными недостатками. В частности, при повреждении активной зоны реактора и/или при попадании его в водородсодержащую среду (воду) в случае аварии может возникнуть неконтролируемая цепная реакция. Кроме того, при ударе модули, располагающиеся внутри корпуса, могут сместиться в одно положение и образовать критическую массу.[011] Despite the fact that the described design of the prototype to some extent protects the reactor from the occurrence of an uncontrolled fission chain reaction in an accident, it has the above disadvantages. In particular, if the reactor core is damaged and / or when it enters a hydrogen-containing medium (water), an uncontrolled chain reaction may occur in the event of an accident. In addition, upon impact, the modules located inside the case can move to one position and form a critical mass.

[012] Раскрытие сущности изобретения[012] Disclosure of the invention

[013] Основной технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение безопасности до момента пуска реактора на радиационно-безопасной орбите.[013] The main technical problem to be solved by the claimed invention is to ensure safety until the launch of the reactor in a radiation-safe orbit.

[014] Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности транспортировки реактора по земле и при выведении космического аппарата на радиационно-безопасную орбиту, упрощении процесса транспортировки, а также в снижении вероятности возникновения цепной реакции в случае падения ракеты-носителя с космическим аппаратом, улучшении нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик реактора, и, как следствие, его надежности и ресурса.[014] The technical result of the invention is to improve the safety of transportation of the reactor on the ground and when launching a spacecraft into a radiation-safe orbit, to simplify the transportation process, as well as to reduce the likelihood of a chain reaction in the event of a fall of a launch vehicle with a spacecraft, physical and thermohydraulic characteristics of the reactor, and, as a consequence, its reliability and service life.

[015] Указанный технический результат достигается в изобретении за счёт того, что ядерный реактор для космического аппарата содержит корпус с активной зоной и тепловыделяющие сборки (ТВС), установленные с обеспечением препятствования формирования критической массы делящегося вещества. По крайней мере часть ТВС расположены вне активной зоны снаружи корпуса, где ТВС размещены в индивидуальных капсулах, снабженных аварийным средством безопасного спуска и передатчиком для определения местоположения. При этом реактор содержит средство автоматизированной или автоматической загрузки указанных ТВС в активную зону реактора при достижении космическим аппаратом радиационно-безопасной орбиты.[015] The specified technical result is achieved in the invention due to the fact that a nuclear reactor for a spacecraft contains a housing with a core and fuel assemblies (FA) installed to prevent the formation of a critical mass of fissile material. At least some of the fuel assemblies are located outside the core outside the housing, where the fuel assemblies are housed in individual capsules equipped with an emergency safe descent facility and a transmitter for position determination. In this case, the reactor contains a means for automated or automatic loading of the said fuel assemblies into the reactor core when the spacecraft reaches a radiation-safe orbit.

[016] Кроме того, для достижения технического результата предусмотрены частные варианты реализации изобретения, согласно которым: [016] In addition, to achieve the technical result, particular embodiments of the invention are provided, according to which:

- ТВС, размещенные в капсулах, разделены механическими барьерами; - fuel assemblies located in capsules are separated by mechanical barriers;

- средство безопасного спуска выполнено в виде парашюта или парашютной системы, или крыльев;- the means of safe descent is made in the form of a parachute or a parachute system, or wings;

- капсулы с ТВС закреплены на внешней стороне корпуса посредством кронштейнов, имеющих средства автоматизированного или автоматического отсоединения;- capsules with fuel assemblies are fixed on the outer side of the body by means of brackets with automated or automatic disconnection means;

- ТВС закреплены в капсулах посредством кронштейнов, имеющих средства автоматизированного или автоматического отсоединения;- the fuel assemblies are fixed in the capsules by means of brackets having automated or automatic disconnection means;

- средство загрузки ТВС в активную зону реактора выполнено в виде телескопического манипулятора;- the means for loading fuel assemblies into the reactor core is made in the form of a telescopic manipulator;

- другая часть ТВС установлена в корпусе при условии препятствования формирования критической массы делящегося вещества;- the other part of the fuel assembly is installed in the housing, provided that the formation of a critical mass of fissile material is prevented;

- в корпусе установлена обечайка и плита;- a shell and a plate are installed in the body;

- ТВС включает кожух, плиты с отверстиями для теплоносителя, а также набор тепловыделяющих элементов, которые прикреплены к одной из плит;- The fuel assembly includes a casing, plates with holes for the coolant, and a set of fuel elements that are attached to one of the plates;

- плиты ТВС имеют профиль, обеспечивающую возможность плотной стыковки ТВС между собой, при этом ТВС снабжены узлами для их крепления в активной зоне. - the fuel assemblies have a profile that allows for tight joining of the fuel assemblies to each other, while the fuel assemblies are equipped with nodes for their fastening in the core.

[017] В отличие от аналогов конструкция заявленного реактора предусматривает вывод на орбиту ЯЭУ без загруженного на заводе-изготовителе или техническом комплексе в активную зону ядерного топлива. Ядерное топливо находится полностью или частично вне корпуса реактора в отдельных тепловыделяющих сборках. При этом каждая такая тепловыделяющая сборка содержит расчетное количество ТВЭЛов и не имеет в своем составе ПЭЛов, что исключает их влияние на реактивность при их несанкционированном извлечении. Загрузка ядерного топлива в такой тепловыделяющей сборке определена исходя из условия обеспечения её подкритичности при попадании в водородсодержащую среду. Суммарное количество ТВЭЛов в тепловыделяющей сборке и количество сборок определяется условием обеспечения надкритичности реактора и необходимой кампанией. При этом каждая тепловыделяющая сборка расположена на корпусе реактора на определенном расчетном ядерно-безопасном расстоянии друг от друга и дистанционируется механическими барьерами. [017] In contrast to analogues, the design of the declared reactor provides for the launch of a nuclear power plant into orbit without nuclear fuel loaded at the manufacturing plant or technical complex into the core. Nuclear fuel is located in whole or in part outside the reactor vessel in separate fuel assemblies. Moreover, each such fuel assembly contains a calculated number of fuel rods and does not include PELs, which excludes their influence on the reactivity during their unauthorized extraction. The loading of nuclear fuel in such a fuel assembly is determined based on the condition of ensuring its subcriticality when it enters a hydrogen-containing medium. The total number of fuel rods in the fuel assembly and the number of assemblies are determined by the condition for ensuring the supercriticality of the reactor and the required campaign. In this case, each fuel assembly is located on the reactor vessel at a certain calculated nuclear safe distance from each other and is spaced by mechanical barriers.

[018] При транспортировании на земле реактора с завода-изготовителя на технический комплекс каждая тепловыделяющая сборка перевозится отдельно от ядерной энергетической установки в специальном транспортно-упаковочном контейнере, который имеет в несколько раз меньшие габариты и массу при прочих равных условиях, чем вся ядерная энергетическая установка с загруженным топливом. Это дает неограниченные возможности для организации перевозки ядерного топлива всеми видами транспорта, повышает надежность и сохранность целостности как упаковки, так и груза при авариях (падение с моста, пожар и другие внешние силовые воздействия на контейнер). Кроме того, перевозка тепловыделяющих сборок в контейнере небольших габаритов и массы экономически более выгодна, чем всей ядерной энергетической установки с загруженным топливом.[018] During transportation on the ground of the reactor from the manufacturing plant to the technical complex, each fuel assembly is transported separately from the nuclear power plant in a special transport and packaging container, which has several times smaller dimensions and weight, all other things being equal, than the entire nuclear power plant loaded with fuel. This gives unlimited opportunities for organizing the transportation of nuclear fuel by all types of transport, increases the reliability and safety of the integrity of both packaging and cargo in case of accidents (falling from a bridge, fire and other external force effects on the container). In addition, transportation of fuel assemblies in a container of small dimensions and weight is more economically profitable than the entire nuclear power plant loaded with fuel.

[019] Таким образом, и при транспортировании по земле и при падении космического аппарата с ядерной энергетической установкой или ядерной энергодвигательной установкой на этапе выведения на радиационно-безопасную орбиту отсутствует опасность образования критической массы при любых вариантах деформаций и разрушений корпуса реактора, так как исключается изменение реактивности (массы поглощающих материалов в активной зоне) и образование критической массы. Каждая отдельная тепловыделяющая сборка подкритична при попадании в водородсодержащую среду без поглощающих материалов и безопасна.[019] Thus, both during transportation on the ground and in the fall of a spacecraft with a nuclear power plant or a nuclear power propulsion system at the stage of launching into a radiation-safe orbit, there is no danger of the formation of a critical mass for any variants of deformations and destruction of the reactor vessel, since a change reactivity (masses of absorbing materials in the core) and the formation of a critical mass. Each individual fuel assembly is subcritical when released into a hydrogen-containing environment without absorbing materials and is safe.

[020] Кроме того, исключение из конструкции каналов для ПЭЛов обеспечивает улучшение нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик реактора. [020] In addition, the elimination of the PEL channels from the design provides an improvement in the neutron-physical and thermal-hydraulic characteristics of the reactor.

[021] Краткое описание чертежей [021] Brief Description of the Drawings

[022] Изобретение поясняется чертежами, где:[022] The invention is illustrated by drawings, where:

[023] На фигуре 1 показано продольное сечение заявленного реактора;[023] Figure 1 shows a longitudinal section of the claimed reactor;

[024] На фигуре 2 показано поперечное сечение корпуса реактора с установленными снаружи корпуса тепловыделяющими сборками;[024] Figure 2 is a cross-sectional view of a reactor vessel with fuel assemblies mounted outside the vessel;

[025] На фигуре 3 показана конструкция тепловыделяющей сборки;[025] Figure 3 shows the structure of a fuel assembly;

[026] Элементы конструкции и другие объекты обозначены на фигурах следующими позициями: [026] Structural elements and other objects are indicated in the figures by the following numbers:

1 – корпус реактора1 - reactor vessel

2 – обечайка активной зоны,2 - core shell,

3 – плита активной зоны, 3 - core plate,

4 – объем активной зоны,4 - the volume of the core,

5 – тепловыделяющая сборка (ТВС),5 - fuel assembly (FA),

6 – тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ),6 - fuel element (TVEL),

7 – плита ТВС,7 - fuel assembly plate,

8 – кожух ТВС,8 - fuel assembly casing,

9 – отверстия для теплоносителя,9 - holes for the coolant,

10 – область размещения ТВС вне корпуса,10 - area for placing fuel assemblies outside the body,

11 – капсула,11 - capsule,

12 – средство безопасного спуска,12 - means of safe descent,

13 – передатчик для определения местоположения,13 - transmitter for positioning,

14 – зона размещения ТВС в корпусе,14 - area for placing fuel assemblies in the building,

15 – крышка реактора,15 - reactor cover,

16 – кронштейн капсулы с пиропатроном,16 - bracket for a capsule with a squib,

17 – кронштейн ТВС с пиропатроном,17 - bracket for fuel assembly with a pyro cartridge,

18 – отражатель,18 - reflector,

19 – радиационная защита.19 - radiation protection.

[027] Осуществление изобретения [027] Implementation of the invention

[028] Заявленный реактор содержит корпус (1), имеющий внутри своего объема цилиндрическую обечайку (2) и плиту (3), которые формируют объем активной зоны (4) (см. фиг. 1,2). Кроме того, реактор включает тепловыделяющие сборки (ТВС) (5). Каждая ТВС представляет собой конструкцию, содержащую набор ТВЭЛов (6), заключенных между двумя плитами (7) и окруженную кожухом или каркасом (8). ТВЭЛы (6) механически крепятся к одной из плит (7), которые имеют профиль, позволяющий плотно стыковать ТВС (3) между собой (см. фиг. 2). На фигурах в качестве примера показаны ТВС имеющие профиль в форме секторов окружности. В плитах (7) выполнены отверстия (9) для прохода теплоносителя и датчиков (см. фиг. 3). Кроме того, ТВС (5) имеют узлы крепления в активной зоне (на чертежах не показаны).[028] The claimed reactor comprises a body (1) having a cylindrical shell (2) and a plate (3) inside its volume, which form the volume of the core (4) (see Fig. 1, 2). In addition, the reactor includes fuel assemblies (FAs) (5). Each fuel assembly is a structure containing a set of fuel rods (6) enclosed between two plates (7) and surrounded by a casing or frame (8). The fuel rods (6) are mechanically attached to one of the plates (7), which have a profile that allows the fuel assemblies (3) to be tightly joined together (see Fig. 2). In the figures, as an example, FAs are shown having a profile in the form of circular sectors. In the plates (7) holes (9) are made for the passage of the coolant and sensors (see Fig. 3). In addition, fuel assemblies (5) have attachment points in the core (not shown in the drawings).

[029] В транспортном состоянии до выхода космического аппарата на радиационно-безопасную орбиту по меньшей мере часть ТВС размещены вне активной зоны (4) реактора. ТВС (5) могут быть установлены с внешней стороны корпуса реактора (область 10) (см. фиг.1, 2). При этом ТВС (5) размещены в индивидуальных капсулах (11), закрпеленных на внешней стороне корпуса реактора посредством кронштейнов (16). Кронштейны (16) выполнены разъемными при помощи пиропатронов или других аналогичных узлов, которые автоматически или автоматизировано приводятся в действие и рассоединяют части кронштейнов. Таким образом, каждая капсула (11) имеет возможность индивидуально отсоединиться от реактора. ТВС (5) закреплены внутри капсул (11) посредством кронштейнов (17) с пиропатронами или другими аналогичными узлами, которые автоматически или автоматизировано приводятся в действие и рассоединяют части кронштейнов, позволяя извлекать ТВС (5) для установки в активную зону (4).[029] In the transport state, before the spacecraft enters a radiation-safe orbit, at least part of the fuel assemblies are located outside the reactor core (4). Fuel assemblies (5) can be installed on the outside of the reactor vessel (area 10) (see Figs. 1, 2). In this case, the fuel assemblies (5) are placed in individual capsules (11), fixed on the outside of the reactor vessel by means of brackets (16). The brackets (16) are made detachable by means of pyro cartridges or other similar assemblies, which are automatically or automatically actuated and disconnect the parts of the brackets. Thus, each capsule (11) has the ability to individually detach from the reactor. The fuel assemblies (5) are fixed inside the capsules (11) by means of brackets (17) with pyrotechnical cartridges or other similar assemblies, which are automatically or automatically activated and disconnect parts of the brackets, allowing the fuel assemblies (5) to be removed for installation in the core (4).

[030] ТВС (5) устанавливаются снаружи реактора на определенном проектом ядерно-безопасном расстоянии друг от друга. Для этого предусмотрены механические барьеры (на чертежах не показаны), которые окружают капсулы (11) и отделяют их друг от друга. [030] Fuel assemblies (5) are installed outside the reactor at a nuclear-safe distance from each other specified by the design. For this, mechanical barriers are provided (not shown in the drawings) that surround the capsules (11) and separate them from each other.

[031] При этом для каждой ТВС (5), располагаемой вне корпуса (1) предусмотрены средства (12) для безопасного спуска в случае аварии. Указанное средство может представлять собой аэродинамическое устройство для неуправляемого или управляемого спуска ТВС (5), в частности парашют, парашютную систему или крылья. Дополнительно каждая из размещенных вне корпуса ТВС (5) имеет датчик местоположения (13) в виде радиомаяка с защищенным каналом радиосвязи с использованием средств системы ГЛОНАСС и др. для проведения спасательных операций и оперативного предотвращения распространения ядерных делящихся материалов. Средства (12) безопасного спуска и датчик местоположения (13) размещают внутри индивидуальных капсул (11).[031] In this case, for each fuel assembly (5) located outside the housing (1), means (12) are provided for safe descent in the event of an accident. The specified means can be an aerodynamic device for uncontrolled or controlled descent of fuel assemblies (5), in particular a parachute, a parachute system or wings. Additionally, each of the fuel assemblies (5) located outside the housing has a location sensor (13) in the form of a radio beacon with a protected radio communication channel using the means of the GLONASS system, etc. for carrying out rescue operations and promptly preventing the spread of nuclear fissile materials. The safe descent means (12) and the position sensor (13) are placed inside the individual capsules (11).

[032] Одна или несколько ТВС (5) могут быть предварительно установлены внутри корпуса (1) реактора в активной зоне (4) (область 14) (см. фиг.2) при условии наличия в активной зоне делящего вещества (ядерного топлива) ниже критической массы. Количество ТВС, которые могут быть предварительно загружены в корпус, определяется расчетом. [032] One or more fuel assemblies (5) can be pre-installed inside the reactor vessel (1) in the core (4) (region 14) (see Fig. 2), provided that there is a fissile material (nuclear fuel) in the core below critical mass. The number of fuel assemblies that can be pre-loaded into the body is determined by calculation.

[033] В конструкции реактора также предусмотрено средство загрузки ТВС (5) из области (10) вне корпуса (1) в активную зону (4) (область 14) реактора при его пуске на радиационно-безопасной орбите. Указанное средство может представлять собой телескопический манипулятор с моторизированными шарнирами. Манипулятор имеет шесть степеней свободы и оснащен набором сменных инструментов, телекамерами и прожекторами. [033] The design of the reactor also provides means for loading fuel assemblies (5) from the area (10) outside the vessel (1) into the core (4) (area 14) of the reactor when it is launched in a radiation-safe orbit. The specified means may be a telescopic arm with motorized joints. The manipulator has six degrees of freedom and is equipped with a set of interchangeable tools, television cameras and spotlights.

[034] В конструкции реактора также предусмотрено другое стандартное оборудование, в частности, крышка реактора (15), отражатель (18), радиационная защита (19), теплоизоляция, элементы и датчики системы управления и защиты и т.д. Указанные устройства хорошо известны специалисту, поэтому описание их конструкции в заявке не приводится. [034] Other standard equipment is also provided in the design of the reactor, in particular, the reactor cover (15), the reflector (18), radiation protection (19), thermal insulation, elements and sensors of the control and protection system, etc. These devices are well known to a person skilled in the art, therefore, a description of their construction is not given in the application.

[035] В заявленной конструкции нейтронная мощность реактора регулируется уменьшением или увеличением утечки нейтронов из активной зоны посредством изменения материального состава кольцевого отражателя (18), состоящего из отдельных сегментов. Перемещение отдельных сегментов осуществляется через элемент передачи с помощью исполнительного механизма, расположенного, как правило, за радиационной защитой (19).[035] In the claimed design, the neutron power of the reactor is controlled by a decrease or increase in neutron leakage from the core by changing the material composition of the annular reflector (18), consisting of separate segments. The movement of individual segments is carried out through the transmission element using an actuator located, as a rule, behind the radiation protection (19).

[036] Реактор эксплуатируют следующим образом. [036] The reactor is operated as follows.

[037] Перед запуском космического аппарата с ядерной энергетической установкой, в состав которой входит описанный выше реактор, в корпус реактора, при расчетнообоснованной необходимости, загружают часть ТВС. Остальные ТВС располагаются вне активной зоны, снаружи корпуса. При этом отражатель находится в положении, обеспечивающем максимальную подкритичность.[037] Before launching a spacecraft with a nuclear power plant, which includes the above-described reactor, a part of the fuel assembly is loaded into the reactor vessel, if it is calculated based on necessity. The rest of the fuel assemblies are located outside the core, outside the body. In this case, the reflector is in a position that provides maximum subcriticality.

[038] После вывода космического аппарата на радиационно-безопасную орбиту ТВС, расположенные снаружи корпуса, автоматически или автоматизировано загружаются в корпус для формирования активной зоны. Для этого ТВС в определенном индивидуальном порядке захватываются телескопическим манипулятором космического аппарата, после отсоединения кронштейнов с пиропатронами ТВС извлекаются из капсулы и перемещаются в положение напротив заданной области активной зоны параллельно корпусу реактора. Затем манипулятор осуществляет контролируемую установку ТВС в заданную позицию, после чего отстыковывается от нее. Далее срабатывают пиропатроны в кронштейнах, которые отсоединяют капсулу от корпуса реактора, а телескопический манипулятор перемещает ее за радиационную защиту на место хранения. Таким образом, происходит установка всех ТВС в активную зону. Далее происходит установка крышки и герметизация корпуса реактора, заполнение первого контура теплоносителем и осуществляется физический и энергетический пуск реактора и ядерной энергетической или энергодвигательной установки.[038] After the spacecraft is placed into a radiation-safe orbit, the fuel assemblies located outside the housing are automatically or automatically loaded into the housing to form the core. For this, the fuel assemblies in a certain individual order are captured by the telescopic manipulator of the spacecraft, after detaching the brackets with the pyro cartridges, the fuel assemblies are removed from the capsule and moved to a position opposite the specified core region parallel to the reactor vessel. Then the manipulator carries out a controlled installation of the fuel assembly in a given position, after which it undocks from it. Next, the pyro-cartridges in the brackets are triggered, which disconnect the capsule from the reactor vessel, and the telescopic manipulator moves it behind the radiation protection to the storage location. Thus, all fuel assemblies are installed in the core. Next, the lid is installed and the reactor vessel is sealed, the primary circuit is filled with a coolant, and the physical and energy start-up of the reactor and the nuclear power plant or propulsion system is carried out.

[039] В случае аварии ракеты-носителя на этапе вывода космического аппарата на радиационно-безопасную орбиту происходит отстыковка капсулы (11) от кронштейнов (16) при срабатывании пиропатронов и с помощью средств (12) осуществляется контролируемый «мягкий» спуск на Землю отдельных ТВС (5). При этом с датчики (маяки) (13) позволяют определить местонахождение ТВС (5) после приземления для прибытия специалистов с целью утилизации ядерных материалов и дезактивации окружающей среды. [039] In the event of an accident of the launch vehicle at the stage of launching the spacecraft into a radiation-safe orbit, the capsule (11) undocks from the brackets (16) when the squibs are triggered and, with the help of means (12), a controlled "soft" descent of individual fuel assemblies to the Earth takes place (five). At the same time, sensors (beacons) (13) make it possible to determine the location of fuel assemblies (5) after landing for the arrival of specialists in order to dispose of nuclear materials and decontaminate the environment.

Claims (10)

1. Ядерный реактор для космического аппарата, содержащий корпус (1) с активной зоной (4) и тепловыделяющие сборки (5) (ТВС), установленные с обеспечением препятствования формированию критической массы делящегося вещества, отличающийся тем, что по крайней мере часть ТВС (5) расположены вне активной зоны (4) снаружи корпуса (1), где ТВС (5) размещены в индивидуальных капсулах (11), снабженных аварийным средством (12) безопасного спуска и передатчиком (13) для определения местоположения, при этом ТВС (5) выполнены с возможностью автоматизированной или автоматической загрузки в активную зону (4) реактора при достижении космическим аппаратом радиационно-безопасной орбиты.1. A nuclear reactor for a spacecraft, containing a housing (1) with a core (4) and fuel assemblies (5) (FA) installed to prevent the formation of a critical mass of fissile material, characterized in that at least part of the fuel assembly (5 ) are located outside the core (4) outside the housing (1), where the fuel assemblies (5) are placed in individual capsules (11) equipped with an emergency means (12) for safe descent and a transmitter (13) for determining the location, while the fuel assemblies (5) are made with the possibility of automated or automatic loading into the core (4) of the reactor when the spacecraft reaches the radiation-safe orbit. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что ТВС (5), размещенные в капсулах (11), разделены механическими барьерами.2. The reactor according to claim 1, characterized in that the fuel assemblies (5) placed in the capsules (11) are separated by mechanical barriers. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что средство (12) безопасного спуска выполнено в виде парашюта, или парашютной системы, или крыльев.3. Reactor according to claim 1, characterized in that the safe descent means (12) is made in the form of a parachute, or a parachute system, or wings. 4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что капсулы (11) с ТВС (5) закреплены на внешней стороне корпуса (1) посредством кронштейнов (16), имеющих средства автоматизированного или автоматического отсоединения.4. Reactor according to claim 1, characterized in that the capsules (11) with fuel assemblies (5) are fixed on the outer side of the housing (1) by means of brackets (16) having automated or automatic disconnection means. 5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что ТВС (5) закреплены в капсулах (11) посредством кронштейнов (17), имеющих средства автоматизированного или автоматического отсоединения.5. Reactor according to claim 1, characterized in that the fuel assemblies (5) are fixed in the capsules (11) by means of brackets (17) having automated or automatic disconnection means. 6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что ТВС (5) выполнены с возможностью загрузки в активную зону (4) реактора посредством телескопического манипулятора.6. Reactor according to claim 1, characterized in that the fuel assemblies (5) are configured to be loaded into the reactor core (4) by means of a telescopic manipulator. 7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что другая часть ТВС (5) установлена в корпусе (1) при условии препятствования формированию критической массы делящегося вещества.7. Reactor according to claim 1, characterized in that the other part of the fuel assembly (5) is installed in the housing (1), provided that the formation of a critical mass of fissile material is prevented. 8. Реактор по п.1, отличающийся тем, что в корпусе (1) установлены обечайка (2) и плита (3).8. Reactor according to claim 1, characterized in that a shell (2) and a plate (3) are installed in the body (1). 9. Реактор по п.1, отличающийся тем, что ТВС (5) включает кожух (8), плиты (7) с отверстиями (9) для теплоносителя, а также набор тепловыделяющих элементов (6), которые прикреплены к одной из плит (7).9. Reactor according to claim 1, characterized in that the fuel assembly (5) includes a casing (8), plates (7) with holes (9) for the coolant, and a set of fuel elements (6) that are attached to one of the plates ( 7). 10. Реактор по п.1, отличающийся тем, что плиты (7) ТВС (5) имеют профиль, обеспечивающий возможность плотной стыковки ТВС между собой, при этом ТВС (5) снабжены узлами для их крепления в активной зоне.10. Reactor according to claim 1, characterized in that the plates (7) of the fuel assemblies (5) have a profile that enables tight joining of the fuel assemblies to each other, while the fuel assemblies (5) are equipped with assemblies for their fastening in the core.

Images