EDN: ESGZAY
Авторы
Иванов А.С., Алексеев П.А.
Организация
Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского»
Иванов А.С. – инженер-исследователь. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, д. 1. Тел.: (484) 399-70-00 (доб. 43-88); e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Алексеев П.А. – старший научный сотрудник, кандидат технических наук.
Аннотация
В статье исследуется возможность оптимизации и выравнивания энерговыделения в термоэмиссионных реакторах-преобразователях с использованием железосодержащих конструкционных материалов. Эти материалы размещаются на внешней стенке электрогенерирующего канала (ЭГК), в пространстве между стенкой канала и замедлителем, что обеспечивает эффективное управление распределением энергии без вмешательства во внутреннюю структуру реактора и позволяет применять метод без существенного изменения конструкции ЭГК. Для выравнивания энерговыделения по высоте ЭГК оптимизирующие элементы располагаются в наиболее нагруженных зонах канала, что позволяет минимизировать тепловые перегрузки и повысить стабильность работы системы. При необходимости выравнивания энерговыделения между отдельными нагруженными ЭГК железосодержащие элементы могут быть установлены на всю высоту таких каналов, обеспечивая равномерную тепловую нагрузку и увеличивая долговечность реактора. В качестве примера рассмотрена ядерная энергетическая установка с термоэмиссионным преобразованием энергии «ТОПАЗ», а также проанализирован гипотетический термоэмиссионный реактор увеличенного размера для оценки масштабируемости предложенного подхода. Ключевая особенность метода заключается в том, что железосодержащие оптимизационные элементы не интегрируются во внутреннюю конструкцию ЭГК, что исключает их влияние на процесс термоэмиссионного преобразования и общую работоспособность реактора. В качестве материала выбран конструкционный стальной материал тракта жидкометаллического эвтектического теплоносителя, широко используемый в термоэмиссионных реакторах, что гарантирует совместимость, надежность и технологическую преемственность. Предложенный подход повышает эффективность, безопасность и долговечность таких систем, открывая новые перспективы для их применения в космических энергетических установках и других высокотехнологичных областях, требующих стабильного энерговыделения.
Ключевые слова
термоэмиссионный реактор-преобразователь, электрогенерирующий канал, электрогенерирующий элемент, распределение тепловыделения, выравнивание тепловыделения, стальные конструкционные элементы, снижение температуры реактора
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Кухаркин Н.Е. Космическая ядерная энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием – «Ромашка» и «Енисей»). Под ред. Н.Н. Пономарева-Степного. М.: ИздАт, 2008. 146 с.
- Грязнов Г.М. К 30-летию пуска первого в мире термоэмиссионного ядерного реактора «Топаз». Атомная энергия, 2000, т. 89, вып. 1, с. 6–11.
- История советских реакторов Топаз. Доступно на: https://fti.neep.wisc.edu/fti.neep.wisc.edu/neep602/SPRING00/lecture35.pdf (дата обращения 25.02.2026).
- Андреев П.В., Грязнов Г.М., Жаботинский Е.Е., Никонов А.М., Серебин В.И. Применение термоэмиссионных ЯЭУ с реактором-преобразователем на тепловых нейтронах для межорбитальных перелетов космических аппаратов. Атомная энергия, 1991, т. 70, вып. 4, с. 221–247.
- Кузнецов В.А. Ядерные реакторы космических энергетических установок. М.: Атомиздат, 1977. С. 210–215.
- Ярыгин В.И., Ружников В.А., Синявский В.В. Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии. М.: НИЯУ МИФИ, 2016. 364 с.
- Ружников В.А. Методы расчета тепловых и электрических характеристик систем прямого преобразования энергии. Часть 1. Термоэмиссионный электрогенерирующий канал. Обнинск, Государственный научный центр РФ – Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского, 2001. 25 с.
- Мойжес Б.Я., Пикус Г.Е. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. М.: Наука, 1973. 480 с.
- Космическая ядерная энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием – «Ромашка» и «Енисей»). Под ред. Н.Н. Пономарева-Степного. М.: ИздАт, 2012. 226 с.
- Тепловыделение в ядерном реакторе. Под ред. Н.Н. Пономарева-Степного. М.: Энергоатомиздат, 1985. 160 с.
- Концепция развития космической ядерной энергетики в России. В сб.: Космические термоэмиссионные ядерные энергетические установки и электроракетные двигатели большой мощности (часть 3). Ракетно-космическая техника. Серия XII, выпуск 1–2. Расчет, проектирование, конструирование и испытания космических систем. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева. ОНТИ, 1998. C. 299–304.
- Грязнов Г.М., Пупко В.Я. ТОПАЗ-1, Советская космическая ядерно-энергетическая установка. Природа, 1991, № 10, с. 29–36
- Кириллов А.С., Пышко А.П., Романенко А.А., Ярыгин В.И. Реакторно-испытательный комплекс. Космическая техника и технологии, 2020, № 4 (31), с. 69–79.
- Алексеев П.А., Кротов А.Д., Кухарчук О.Ф., Пышко А.П., Ярыгин В.И. Обзор программных комплексов и результатов расчетно-экспериментальных исследований и оптимизации характеристик систем с термоэмиссионным преобразованием энергии. Космическая техника и технологии, 2020, № 3 (30), с. 114–128. DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-3-114-128.
- Колесов В.В. Использование программы MCNP для проведения нейтронно-физического расчета ядерных реакторов. Обнинск: ОГТУАЭ, 2008. 44 с.
- Ружников В.А., Алексеев П.А. TFEDM22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022666305, 30 августа 2022.
- Алексеев П.А., Пышко А.П., Ружников В.А., Иванов А.С. Модифицированная версия программы для ЭВМ TFEMD22. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2025, вып. 1, с. 56–63.
- Алексеев П.А. Поиск оптимальной схемы расположения ЭГК в активной зоне термоэмиссионного реактора-преобразователя космического назначения. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2011, № 2, с. 51–60.
- Finset J.L. Overview of ROVER Engine Tests. Final Report. George C. Marshall Space Flight Center, National Aeronautics and Space Administration (NASA), 1991. 266 p. Доступно на: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19920005899/downloads/19920005899.pdf (дата обращения 25.02.2026).
- Гонтарь А.С., Николаев Ю.В., Ястребков А.А. и др. Конструкционные и топливные материалы твэлов термоэмиссионных ЯЭУ. Атомная энергия, 2005, т. 99, вып. 5, с. 365–371.
- Ядерные сечения изотопа железа 56Fe. ROSFOND-2010: FE-56(N,G) FE-57. Доступно на: https://www-nds.iaea.org/exfor/servlet/E4sMakeE4 (дата обращения 25.02.2026).
УДК 621.039.5
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2026, выпуск 2, с. 180–188
