Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Выполненный комплекс работ с установкой "Ромашка" показал её абсолютную надёжность и безопасность.

Эффективность работы подобных генераторов можно повысить путём использования вместо термоэлектрического преобразователя энергии плоских модульных термоэмиссионных элементов, располагаемых на границе активной зоны и радиального отражателя.

На базе установки "Ромашка" была создана опытная установка «Гамма» - прототип автономной транспортируемой АЭС «Елена» электрической мощностью до 500 кВт, предназначенной для энергоснабжения отдаленных районов.

Первая в нашей стране космическая ядерная электрическая станции (КАЭС) «БЭС-5» с гомогенным реактором на быстрых нейтронах и термоэлектрическим генератором (ТЭГ) разрабатывалась для электропитания аппаратуры космического аппарата радиолокационной разведки на участке выведения и в течение всего времени активного существования спутника на круговой орбите высотой порядка 260 км. Генерирующая выходная мощность "БЭС-5" 2800 Вт, с ресурсом 1080 часов. 3 октября 1970 осуществлён запуск ЯЭУ «БЭС-5» в составе космического аппарата радиолокационной разведки («Космос-367»). После проведения 9 запусков ЯЭУ "БЭС-5" в 1975 была принята на вооружение ВМФ СССР. Всего к моменту снятия с эксплуатации ЯЭУ «БЭС-5» (1989) была запущена в космос 31 установка.

В процессе эксплуатации установки проводились работы по доработке и модернизации БЭС, связанные с повышением радиационной безопасности, увеличением электрической мощности в конце ресурса до 3 кВт и увеличением ресурса до 6-12 месяцев. Первый запуск модернизированного варианта ЯЭУ был произведён 14 марта 1988 года в составе космического аппарата «Космос-1932». Табл.4 Радионуклидные термоэлектрические генераторы (РТГ) и блоки обогрева (БО) на полонии-210 и плутонии-238, источник гамма-излучения (ИИ) на тулии-170

Спутник

Дата запуска

Высота орбиты,

место

нахождения

РТГ, БО, ИИ

Электрич./

тепловая

мощность, Вт

Время работы, час

Космос-84

03.09.1965

1300 км

РТГ «Орион-1» на полонии-210

~20 ВтЭЛ

~3000

Космос-90

18.09.1965

1300 км

РТГ «Орион-2» на полонии-210

~20 ВтЭЛ

~3000

Луна-17

17.11.1970

Луноход-1

БО на полонии-210

~900 ВтТЕП

~2000

Орбитальная станция «Салют-1»

19.04.1971

200-222 км

Станция

спущена в

ИИ на тулии-170

-

-

Типичным представителем КАЭС, используемых в качестве источников питания мощных радиотехнических спутников (космических радиолокационных станций и телетрансляторов), с прямым преобразованием тепла в электричество, является установка «Бук», которая по сути дела, представляла собой ТЭГ - полупроводниковый преобразователь Иоффе, только вместо керосиновой лампы в нем использовался ядерный реактор. Как обычно, один полупроводниковый спай помещался в холод, а другой - в тепло: между ними пробегал электрический ток. С холодом в космосе все в порядке - он повсюду. Для тепла же годился металлический теплоноситель, что омывал портативный ядерный реактор. Это был быстрый реактор мощностью до 100 кВт. Полная загрузка высокообогащенного урана составляла около 30 кг. Тепло из активной зоны передавалось жидким металлом - эвтектическим сплавом натрия с калием полупроводниковым батареям. Электрическая мощность достигала 5 кВт. Время работы «Бука» - 1-3 месяца. теперь уже в качестве, продолжались до начала перестройки. С 1970 по 1988 год в космос запустили около 30 радиолокационных спутников с ядерно-энергетическими установками "Бук" с полупроводниковыми реакторами-преобразователями. Если установка отказывала, спутник переводили на орбиту длительного существования высотой 1000 км.

Основные достижения отечественной науки и техники в области термоэлектрической технологии для космических миссий связаны с НИОКР по созданию ЯЭУ «Ромашка», КЯЭУ «БУК» и реальным опытом ее эксплуатации в космосе в период 1970-1988 гг. в ходе 32-х запусков [6,15-17].

В Табл. 5 приведены результаты положительного и отрицательного опыта использования термоэлектрических Si-Ge преобразователей в космосе. Табл. 5 Опыт эксплуатации в космосе ЯЭУ с ТЭГ

Минусы

низкий ресурс (≤0,5 года); 25-30% деградация электрических характеристик (в основном из-за роста сопротивления электрических контактов); высокий системный показатель удельной массы (γ >50 кг/кВтЭЛ).

Плюсы

высокая надежность ТЭГ; радиационные дефекты отжигаются при Т ≥750 К и не вызывают роста внутреннего сопротивления термобатареи

В таблице 2 приведены данные о радиоустойчивости представителей различных групп организмов, при общем однократном облучении гамма-лучами. Как видно, наиболее устойчивы к действию ионизирующих излучений вирусы и прокариотические микроорганизмы: летальные дозы для представителей этих групп находятся в пределах  от 100 – 100000 Зв. Наименьшим показателем радиоустойчивостью характеризуются представители млекопитающих: LD100 для них не превышает 10 Зв. Как видно, по мере усложнения организации живых систем, их устойчивость к радиации снижается. Необходимо отметить, что существенные различия в радиоустойчивости определяются и между представителями одной группы организмов: внутри одного отряда, семейства, рода. Более того, различной радиочувствительностью характеризуются и особи одного и того же вида. Как видно из таблицы 2 , значения полулетальной дозы g- излучения для человека изменяются в пределах 2,5 – 4,0 Зв, для представителей различных обезьян этот интервал доз составляет 3,0 – 5,5 Зв.

  Таблица 2

Значения полулетальной дозы для представителей различных групп организмов при общем однократном тотальном облучении g- излученим

Объекты

LD50, Зв

Объекты

LD50, Зв

1. Вирусы

Полиомы

Табачной мозаики

7000

4500

10. Насекомые

дрозофила (имаго)

куколка

личинка

950

20-650

100-250

2.Бактерии

Micrococcus radiodurans

Basillus mesenterius

Echerechia coli

7500

1500

50 -100

11. Позвоночные

Змеи

Черепахи

Тритоны

лягушки

80-200

15-20

25-30

5-10

3. Простейшие

Амеба

Инфузории

1000-2000

3000-7000

Птицы

Рыбы

10-30

5-20

4.Водоросли

Хлорококк

Хлорелла

1000

180

12. Млекопитающие

Суслик

Мышь-полевка

Крыса

Коза

Обезьяна

Собака

Свинья

0,1 - 8,5

3,5- 8,5

5,5-8,0

4,5 – 7,0

3,0 –5,5

3,0 –5,5

2,5 – 4,0

2,5 – 3,5

2,5 – 4,0

5.Растения

10-1500

6. Кишечнополостные

50-2500

7.Моллюски

100-200

8. Членистоногие

50 –1000

9. Нематоды

50-100

Человек

Имеющиеся  значительные различия в чувствительности живых систем к действию радиации невозможно объяснить какими-либо физическими и химическими особенностями структуры организмов, и соответственно, особенностями поглощения ими энергии ионизирующего излучения. Как известно, эффективность поглощения энергии излучения определяется электронной плотностью поглотителя. Электронная плотность всех живых систем одинакова, так как они в основном ( на 98 %) состоят из одних и тех же химических элементов (C, H, O, N, P, S). Следовательно, индивидуальная радиочувствительность отдельных особей и различия в радиочувствительности между представителями разных групп организмов определяются биологической специфичностью облучаемых объектов. Как известно, каждая особь обладает особенностями в структурной и функциональной организации, в протекании метаболических процессов, адаптивных и репарационных возможностей. Существует множество экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что генетически детерминированные различия в радиоустойчивости организмов проявляются в особенностях обмена веществ, в неодинаковом содержании различных продуктов обмена в тканях и органах. Однако, удовлетворительной теории, объясняющей неодинаковую радиочувствительность организмов на биохимическом и физиологическом уровнях, пока не существует.


На главную