Проектирование ядерной энергетической установки с многорежимными плазменными термоэмиссионными преобразователями: Учебное пособие, страница 11

Воспользуемся результатами расчетов тепловых и электрических характеристик ЭГК при различных уровнях объемного тепловыделения для выполнения оценки массогабаритных характеристик полномасштабной ЯТЭУ с учетом многорежимного характера её функционирования. Опыт разработки отечественных ЯТЭУ показывает, что её наиболее тяжелыми элементами являются реактор-преобразователь и холодильник-излучатель. Расчеты показывают, что массогабаритные характеристики многорежимной ЯТЭУ определяются уровнем мощности форсированного режима. Площадь холодильника-излучателя определяется величиной сбросовой теплоты и температурой его поверхности, зависящей от температуры теплоносителя. Температура теплоносителя должна выбираться так, чтобы решить компромисс между двумя противоречащими друг другу условиями:

- условием обеспечения оптимальной температуры анодов ЭГК в активной зоне, при которой достигается максимальная удельная электрическая мощность и минимальная масса реактора - преобразователя;

- условием обеспечения минимума площади холодильника-излучателя, что требует увеличения температуры его поверхности.

В данных расчётах температура теплоносителя выбиралась таким образом, чтобы обеспечивалось условие минимума суммарной массы реактора-преобразователя и холодильника-излучателя. При этом использовалось такое качество ТЭП, как малая крутизна зависимости его удельной мощности от температуры анода в области максимума. Это позволяет увеличить температуру анодов ЭГК, не намного снизив их удельную мощность. Для компенсации снижения удельной мощности необходимо увеличить количество ЭГК, то есть увеличить объем и массу активной зоны. В то же время площадь холодильника-излучателя и его масса снижается на большую величину, что  позволяет получить оптимальную массу ЯТЭУ в целом.

Характеристику ЭГК удобно определять по максимальной для данного температурного режима мощности среднего ЭГЭ, которая определяется из следующего выражения

и максимальной температуре катодов по всем ЭГЭ

.

На рис. 15 (а и б) показаны графические зависимости N_max и Т_2max для ЭГК с различными электродными парами от средней температуры теплоносителя в активной зоне реактора-преобразователя. Видно, что оптимальная средняя температура теплоносителя для всех ЭГК лежит в диапазоне 950…1100 ^оК, причем меньшая граница относится к ЭГК с многополостными катодами. Для расчета температуры анодов по температуре теплоносителя с определенной степенью точности (+ 10 ^оК) можно пользоваться формулой

.

В нашем случае перепад температур на анодной изоляции составляет 50…120 ^оК при q_v = 400…700 Вт/см³,  соответственно.

Уменьшения оптимальной температуры теплоносителя в случае использования многополостных катодов обусловлено тем, что при фиксированном q_v  температура многополостного катода значительно ниже температуры гладкого катода, что обусловливает меньшее оптимальное давление цезия и температуру анода. Это означает, что такие каналы способны обеспечить больший ресурс.

Таким образом, выполненные расчеты позволили получить функции

Для форсированного режима величина максимально допустимой катодной температуры Т_ф(Т_2max<Т_m)определяется временем функционирования ЯТЭУ на данном режиме. Подставляя Т_ф в  f₁ , находим связь между q_vи Т_тепл, при которой Т_{z max}=Т_ф :

, и генерируемую мощность

Соотношение (26) использовалось для оценки массогабаритных характеристик реактора-преобразователя ЯТЭУ.

Расчетная оценка массогабаритных характеристик блока радиационной защиты выполнялась по методике, в которой исходными данными являлись результаты расчета активной зоны и суммарная допустимая доза облучения приборного отсека с учетом времени работы ЯТЭУ во всех режимах. Блок радиационной защиты был заполнен гидридом лития.