Installations d'énergie nucléaire (ci-après abrégé en eau) est une désignation complexe d'installations nucléaires et énergétiques soumises à l'exploitation, la construction, l'utilisation à des fins scientifiques et techniques, de recherche, médicales et autres. Les principales caractéristiques du RIAE sont la sécurité à la fois dans des conditions de bon fonctionnement et en cas de violation du régime d'exploitation, de l'état technique et de la durée de vie résiduelle, déterminés sur la base d'enquêtes approfondies et d'expertises.
Définition de NF
Qu'est-ce que l'OIAE - la définition et la description détaillée de ces objets figurent à l'Art. 3 FZ-170 "Sur l'utilisation de l'énergie atomique". Selon la loi fédérale, les installations nucléaires sont :
- installations nucléaires;
- sources de rayonnement;
- installations de stockage de matières nucléaires et de substances radioactives, installations de stockage, installations de stockage de déchets radioactifs ;
- assemblage combustible d'un réacteur nucléaire;
- assemblages combustibles de réacteurs nucléaires irradiés;
- matières nucléaires - matières contenant ou capables de reproduire des substances nucléaires fissiles (fissiles) ;
- substances radioactives - substances non liées aux matières nucléaires qui émettent des rayonnements ionisants ;
- déchet radioactif;
- combustible nucléaire;
- combustible nucléaire usé irradié dans le cœur du réacteur et finalement retiré de celui-ci.
Lors de la définition d'une installation, d'un bâtiment, d'une unité en tant qu'objet d'utilisation de l'énergie atomique, il convient de s'inspirer du « Règlement sur le classement des installations nucléaires en catégories distinctes et la détermination de la composition et des limites de ces installations », approuvé par décret du gouvernement du Fédération de Russie n° 1494 du 30 décembre 2012. En particulier, les installations nucléaires sont reconnues par l'OIEA sur la base des informations contenues dans le passeport de l'installation, les installations de stockage de substances radioactives et de matières nucléaires - sur la base des informations contenues dans les documentation technologique.
Les déchets radioactifs, selon les « règlements », sont classés comme NIEA, à condition qu'ils répondent aux critères énoncés par le décret du gouvernement de la Fédération de Russie du 19 octobre 2012 n ° 1069 « sur les critères de classification des solides, liquides et déchets gazeux en tant que déchets radioactifs, critères de classification des déchets radioactifs en tant que déchets radioactifs spéciaux. Déchets et déchets radioactifs jetables et critères de classification des déchets radioactifs jetables ».
Liste des installations nucléaires soumises à la surveillance continue de l'État
Certaines installations nucléaires, dont la liste est approuvée par le Gouvernement de la Fédération de Russie, à savoir les installations nucléaires, les installations de stockage de déchets radioactifs, les sources de rayonnements, les installations de stockage de matières nucléaires, en raison de leur importance stratégique, scientifique, technique, industrielle et en afin d'assurer la sécurité, sont soumis à une surveillance constante de l'État. La liste complète de ces installations comprend la « Liste des installations nucléaires soumises à une surveillance continue de l'État » approuvée par l'arrêté du gouvernement de la Fédération de Russie du 23 avril 2012 n° 610-r.
Les installations nucléaires, les sources de rayonnements, les installations de stockage de matières nucléaires sont soumises à une surveillance constante de l'État :
- succursales de Rosenergoatom Concern JSC;
- succursales de "RosRAO" ;
- Institut Kurchatov ;
- Institut de physique et d'ingénierie énergétique nommé d'après A.I. Leipzig;
- MEPhI;
- FSUE "Mayak"
- l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna ;
- et un certain nombre d'autres entreprises industrielles, centres de recherche et succursales de sociétés d'État.
Registre des installations nucléaires
Afin d'améliorer la sécurité, les installations industrielles et de production dangereuses de l'industrie nucléaire sont inscrites au Registre national consolidé des installations nucléaires, qui est mis à jour avec la participation de Rostekhnadzor et de ses départements régionaux (inspections) dans les districts des entités constitutives de la Fédération Russe.
Le champ d'activité du Bureau de réglementation de la sûreté des installations du cycle du combustible nucléaire, des centrales nucléaires de navires et des installations à risque radiologique comprend :
mise en œuvre de la réglementation nationale de la sûreté nucléaire et radiologique en ce qui concerne les installations et les activités dans le domaine de l'utilisation de l'énergie atomique :
1. Objets de l'utilisation de l'énergie atomique
1.1. Installations nucléaires :
1.1.1. structures et complexes avec réacteurs nucléaires industriels;
1.1.2. structures, complexes, installations contenant des matières nucléaires destinées à la production, au traitement, au transport de combustible nucléaire et de matières nucléaires (y compris l'extraction de minerais d'uranium, le traitement hydrométallurgique, le raffinage, la production de sublimation, la production métallurgique, la séparation des isotopes de l'uranium, le traitement radiochimique des combustible) et pour la gestion des déchets radioactifs qui en résultent.
1.1.3. centrales nucléaires de navires, y compris les unités de puissance flottantes;
1.1.4. navires de service nucléaire;
1.1.5. stands prototypes de centrales nucléaires de navires;
1.1.6. l'espace et les avions dotés de sources d'énergie nucléaire ;
1.2. sources de rayonnement :
1.2.1. les ouvrages, complexes et installations contenant des substances radioactives et (ou) des déchets radioactifs situés sur le territoire d'une installation nucléaire et non prévus dans la conception d'une installation nucléaire ;
1.2.2. sources de rayonnements, substances radioactives et déchets radioactifs non situés sur le territoire d'une installation nucléaire ;
1.3. installations d'entreposage de matières nucléaires, de substances radioactives ou de déchets radioactifs (à l'exception des installations d'entreposage situées sur les sites des centrales nucléaires ou liées à celles-ci) :
1.3.1. les installations et ouvrages fixes destinés au stockage de matières nucléaires, de substances radioactives et de déchets radioactifs, y compris les installations et ouvrages situés sur le territoire d'une installation nucléaire et non prévus dans la conception d'une installation nucléaire ;
1.3.2. installations et ouvrages fixes pour le stockage définitif des déchets radioactifs.
2. Types d'activités dans le domaine de l'utilisation de l'énergie atomique
2.1. conception, construction, placement, construction, exploitation, déclassement des installations nucléaires spécifiées dans les clauses 1.1, 1.2 et 1.3 de la présente annexe ;
2.2. la manipulation de matières nucléaires et de substances radioactives, y compris pendant l'exploration et l'extraction de minerais d'uranium, pendant la production, l'utilisation, le traitement, le transport par tous les types de transport et le stockage de matières nucléaires et de substances radioactives ;
2.3. la manipulation des déchets radioactifs pendant le stockage, le traitement, le transport et l'élimination ;
2.4. l'utilisation de matières nucléaires et (ou) de substances radioactives lors de travaux de recherche et développement ;
2.5 conception et construction d'installations nucléaires, de sources de rayonnements, d'installations d'entreposage de matières nucléaires et de substances radioactives, d'installations d'entreposage de déchets radioactifs (pour les installations nucléaires dont la réglementation de sûreté relève de la compétence du Département conformément aux paragraphes 1 et 2) ;
2.6. conception et fabrication d'équipements pour installations nucléaires, sources de rayonnements, installations de stockage de matières nucléaires et de substances radioactives, installations de stockage de déchets radioactifs;
Organisation et mise en œuvre de la surveillance de l'État sur la comptabilité et le contrôle des matières nucléaires, des substances radioactives et des déchets radioactifs et garantissant les garanties de leur prolifération autorisée et de leur utilisation contrôlée.
Le monde assiste aujourd'hui à une augmentation du développement de l'énergie nucléaire. Si nous parlons de l'ampleur des projets nationaux, alors les leaders sont l'Inde et la Chine. Au cours des prochaines années, nous assisterons à la construction de plus de 10 centrales électriques dans chacun de ces pays en même temps. L'industrie nucléaire mondiale moderne compte 442 unités opérationnelles.
L'énergie nucléaire apporte une contribution tangible aux économies des pays industrialisés qui disposent d'une quantité insuffisante de ressources énergétiques naturelles. Ces pays comprennent la France, la Suède, la Belgique, la Finlande, la Suisse. Dans ces pays, l'énergie produite par les centrales nucléaires représente entre un quart et la moitié de l'énergie totale produite. Et l'énergie produite dans les centrales nucléaires aux États-Unis représente 20 % de toute l'énergie nucléaire produite sur Terre.
Les pays qui se sont lancés dans le développement de l'énergie nucléaire - la France, le Japon et plusieurs autres (Fig. 1) ont radicalement modifié le bilan énergétique de leurs économies en 25 ans et obtenu des succès remarquables dans la conversion de l'énergie des hydrocarbures, ont considérablement augmenté la rôle de l'énergie nucléaire et résolu d'importants problèmes environnementaux.
Dans le même temps, il ne faut pas oublier que le nucléaire ne tolère pas la négligence. Les matières nucléaires doivent être transportées, stockées, traitées, ce qui crée un risque supplémentaire de contamination radioactive de l'environnement, de dommages aux personnes, aux animaux et à la flore. Les erreurs de plusieurs personnes peuvent entraîner des conséquences irréversibles et des changements dans la vie d'immenses communautés ou même de pays.
Riz. un.
Les centrales nucléaires et autres objets de l'économie, en cas d'accidents et de destruction susceptibles de causer des dommages radioactifs massifs aux personnes, aux animaux et aux plantes, sont appelés installations dangereuses pour les rayonnements (ROO). De tels objets incluent :
- 1) entreprises du cycle du combustible nucléaire (entreprises NFC) ;
- 2) centrales nucléaires (CNP) : centrales nucléaires (CNP), centrales nucléaires de cogénération (ATEC), centrales nucléaires de production de chaleur (AST) ;
- 3) installations avec centrales nucléaires (installations avec centrales nucléaires) : embarquées, spatiales ;
- 4) réacteurs nucléaires de recherche ;
- 5) les munitions nucléaires (MNA) et leurs entrepôts de stockage ;
- 6) les installations à des fins technologiques, médicales et les sources d'énergie thermique et électrique, dans lesquelles des radionucléides sont utilisés.
Le rejet de substances radioactives à l'extérieur du réacteur nucléaire, à la suite duquel un risque accru d'irradiation peut être créé, constituant une menace pour la vie et la santé humaines, est appelé accident radiologique.
Lors de la prévision de la situation radiologique, l'ampleur de l'accident, le type de réacteur, la nature de sa destruction et la nature du rejet de substances radioactives (RS) du cœur, ainsi que les conditions météorologiques au moment du rejet des substances radioactives, sont pris en compte.
En fonction des limites de la propagation des substances radioactives et des conséquences radiologiques, on distingue trois types d'accidents radiologiques (tableau 2).
Tableau 2. Classification des accidents radiologiques
Du point de vue des conséquences médicales, du contingent de personnes exposées et du type d'exposition aux rayonnements sur le corps humain, les accidents radiologiques sont divisés en cinq groupes principaux : petits, moyens, grands, grands et catastrophiques. accident nucléaire de rayonnement
À petits accidents radiologiques comprend les incidents qui ne sont pas associés à des conséquences médicales graves et se caractérisent uniquement par des pertes économiques. Dans ce cas, il est possible d'irradier des personnes de différentes catégories. Les doses d'exposition aux rayonnements ne doivent pas dépasser les normes sanitaires établies par le NRB-96.
Pour gros accidents des subdivisions supplémentaires sont utilisées selon le critère de prévalence associé à la contamination radioactive : personnel et lieux de travail ; locaux industriels; immeuble; territoire; zone de protection sanitaire.
Le quatrième groupe d'accidents radiologiques (accident majeur) combine des incidents dans lesquels une exposition purement externe, conjointe externe et interne d'un petit nombre de personnes est possible.
Dans le cinquième groupe (accidents catastrophiques) comprennent les accidents radiologiques dans lesquels il y a une exposition externe et interne conjointe d'importants contingents de la population vivant dans une ou plusieurs régions.
Il existe de nombreux facteurs de danger pour les réacteurs nucléaires, parmi lesquels on peut distinguer les principaux.
- 1. Possibilité d'accident avec accélération du réacteur... Dans ce cas, en raison du dégagement de chaleur le plus important, le cœur du réacteur peut fondre et des substances radioactives peuvent pénétrer dans l'environnement. S'il y a de l'eau dans le réacteur, dans le cas d'un tel accident, elle se décomposera en hydrogène et oxygène, ce qui entraînera une explosion de gaz détonant dans le réacteur et une destruction suffisamment grave non seulement du réacteur, mais de l'ensemble groupe électrogène avec contamination radioactive de la zone. Les accidents avec emballement du réacteur peuvent être évités en appliquant des technologies spéciales pour la conception des réacteurs, les systèmes de protection et la formation du personnel.
- 2. Émissions radioactives dans l'environnement. Leur nombre et leur nature dépendent de la conception du réacteur et de la qualité de son assemblage et de son fonctionnement. Pour RBMK ce sont les plus gros, pour un réacteur sphérique ce sont les plus petits. Les stations d'épuration peuvent les réduire. Par exemple, une centrale nucléaire fonctionnant en mode normal a moins d'émissions qu'une centrale au charbon, puisque le charbon contient également des substances radioactives, et lorsqu'il est brûlé, elles sont rejetées dans l'atmosphère.
- 3. La nécessité d'éliminer le réacteur usé... À ce jour, ce problème n'a pas été résolu, bien qu'il y ait de nombreux développements dans ce domaine.
- 4. Exposition aux rayonnements du personnel. Il est possible d'empêcher ou de réduire l'application de mesures de radioprotection appropriées pendant l'exploitation de la centrale nucléaire.
Ils réalisent l'extraction du minerai d'uranium, son enrichissement et la fabrication de piles à combustible pour les réacteurs nucléaires de puissance (NEP), le traitement des déchets radioactifs. Leur stockage et leur placement final.
Les NFC sont divisés en 3 groupes :
1. Entreprises de l'industrie de l'uranium.
2. Usines radiochimiques.
3. Lieux d'enfouissement des plantes radioactives.
Les entreprises de l'industrie de l'uranium comprennent des installations qui réalisent :
Extraction de minerai d'uranium (à ciel ouvert ou à partir de mines);
Traitement du minerai d'uranium, y compris les entreprises de purification du minerai d'uranium sur des concasseurs spéciaux en plusieurs étapes
et l'enrichissement par diffusion gazeuse.
Le processus de préparation du combustible nucléaire comprend la production de dioxyde d'uranium en poudre, sa pastillage par métallurgie des poudres, la fabrication d'éléments combustibles (FA) et d'assemblages combustibles (FA), qui sont ensuite utilisés dans l'énergie nucléaire.
Le combustible usé dans les réacteurs nucléaires peut être envoyé pour élimination, mais il peut être traité avec l'extraction des composants nécessaires et partiellement réutilisé (en plus).
Le retraitement du combustible usé est effectué dans des entreprises de retraitement (usines radiochimiques), où les éléments combustibles sont découpés, le combustible est dissous, la séparation chimique de l'uranium, du plutonium, du césium, du strontium et d'autres isotopes est effectuée et diverses matières fissiles (nucléaire combustible dans les munitions, sources de rayonnements ionisants, indicateurs, etc.).
Les déchets radioactifs des usines radiochimiques sont envoyés pour élimination, qui est réalisée dans des conteneurs en béton dans des cavités naturelles ou artificielles.
Les accidents les plus courants dans les entreprises du cycle du combustible nucléaire sont :
Combustion de composants combustibles et de matières radioactives
pêche;
Dépassement de la masse critique de substances fissiles ;
L'apparition de fuites et de ruptures dans les réservoirs de stockage ;
Accidents typiques avec des produits finis.
Centrale nucléaire (AS) est une centrale électrique où l'énergie nucléaire (atomique) est convertie en énergie électrique et thermique. A la centrale nucléaire, la chaleur dégagée dans le réacteur nucléaire est utilisée pour produire de la vapeur d'eau qui fait tourner le turbogénérateur (NPP), et en partie pour chauffer le fluide caloporteur (ACT, NPP
Les centrales nucléaires comprennent : les réacteurs nucléaires, les turbines à vapeur, les systèmes de pipelines, les condenseurs.
Les centrales nucléaires comprennent : les réacteurs nucléaires, les turbines à vapeur, les systèmes de tuyauterie, les condenseurs, les systèmes de production d'électricité et de chaleur.
Selon le combustible utilisé, le type de réaction nucléaire et le mode d'évacuation de la chaleur, 7 grands types de réacteurs électronucléaires ont été développés dans le monde. Il existe 4 types de réacteurs utilisés en Russie :
Réacteurs à eau bouillante (VVER-440) utilisant des neutrons thermiques
avec refroidissement du réacteur à double circuit et évacuation de la chaleur par l'eau ;
Réacteurs à eau sous pression (VVER-1000);
Réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium ou au magnésium liquide (BN);
Réacteurs en graphite de type bouillant RBMK.
Du point de vue de la sécurité, les réacteurs à eau légère VVER-440 et VVER-1000 sont préférés.
Les principales causes d'accidents nucléaires les gares sont :
Violations de la discipline technologique par le personnel d'exploitation des centrales nucléaires et lacunes dans leur formation professionnelle ;
Faible niveau d'attention et d'exigence de la part des ministères et départements, organismes et institutions chargés de
pour assurer la sécurité des centrales nucléaires aux stades de la conception, de la construction et de l'exploitation.
Objets avec des centrales nucléaires (NPP). Les navires équipés de centrales nucléaires sont équipés de réacteurs à eau légère et à métal liquide. Leurs différences fondamentales par rapport aux réacteurs nucléaires sont les suivantes :
Utilisation d'uranium hautement enrichi comme combustible ;
Taille relativement petite;
Degré de protection élevé (40-60 kgf / cm 2 - pour les sous-marins - et 10-20 kgf / cm 2 - pour les navires de surface).
Les causes spécifiques d'accidents dans les centrales nucléaires de bord sont : la dépressurisation du circuit primaire du réacteur et la pénétration d'eau de mer sous protection biologique.
Les centrales nucléaires militaires (VAES) incluent la recirculation du liquide de refroidissement. Les caractéristiques du VAES sont :
Utilisation d'une substance chimiquement et inflammable, la nitrine comme liquide de refroidissement ;
Manque de coque de protection externe.
Les VNPP existent en trois types : flottants, ferroviaires. plates-formes et transport de blocs d'un poids total allant jusqu'à 100 tonnes.
Les causes d'accidents au VNPP sont :
Dépressurisation du 1er circuit du réacteur ;
Dommages mécaniques.
Une caractéristique distinctive des centrales nucléaires spatiales est leur petite taille, qui est obtenue en utilisant du combustible hautement purifié avec une teneur élevée en strontium-90 et plutonium-238 comme combustible nucléaire. Raisons particulières de l'accident des centrales nucléaires spatiales : accès non autorisé à la capacité hors dimensionnement à la suite d'un impact ou d'une chute et de situations anormales à bord.
Munitions nucléaires (YBP) et les engins explosifs qui leur sont destinés en temps de paix sont stockés dans des entrepôts prêts à être libérés et utilisés au combat. Certains d'entre eux sont en état d'alerte. Les situations d'urgence les plus courantes avec des armes nucléaires comprennent : une collision et un renversement de véhicules avec des armes nucléaires ; les incendies dans les salles de réunion, les installations de stockage, les complexes et l'impact des décharges de foudre.
Considérons la classification de la contamination radioactive dans les accidents de ROO.
La contamination radioactive se divise en :
1.
Sources de pollution
a) Fabrication
Au cours des activités de production ;
Lors du déclassement des centrales nucléaires épuisées ;
b). Urgence
Personnel affectant
Affectant la population;
c) Munitions nucléaires
2.
Par l'ampleur de la pollution
un local
c) massif
3.
Par état d'agrégation
un solide
c) gazeux
4.
Par les caractéristiques de la pollution
a) primaire
b) secondaire
c) plusieurs
5 ... Par voies de pollution
a) aérosol
b) contacter
6 . Par type de pollution
un profond
La première utilisation généralisée des batteries atomiques a été trouvée dans l'espace, car c'est là que l'on avait besoin de sources d'énergie capables de générer de la chaleur et de l'électricité pendant longtemps, dans des conditions de forte et très forte différence de température, sous des charges variables importantes, et puisque , dans des conditions de vols sans pilote, l'émission radio d'une source d'alimentation ne représentait pas une grande menace (dans l'espace et sans elle, il y a suffisamment de rayonnement). Les sources d'énergie chimiques n'ont pas porté leurs fruits. Ainsi, lorsque le 4 octobre 1957, le premier satellite artificiel de la Terre fut lancé en orbite en URSS, ses batteries chimiques pouvaient fournir de l'énergie pendant 23 jours. Après cela, leur pouvoir était épuisé. Les cellules solaires au silicium ne sont efficaces que lorsqu'elles volent près du Soleil ; elles ne conviennent pas aux vols vers des planètes éloignées du système solaire.
Les méthodes de conversion d'énergie sur les engins spatiaux sont de deux types : directe et machine. Les types de convertisseurs d'énergie thermique en énergie électrique sont divisés en statique (c'est-à-dire sans pièces mobiles) et dynamique (c'est-à-dire avec pièces mobiles, rotatives ou mobiles). Le problème du choix du type de conversion d'énergie est toujours d'actualité pour les développeurs de divers convertisseurs et centrales nucléaires spatiales (CNPP) qui s'en servent.
Ainsi, dans le cadre de l'initiative bien connue de la NASA sur les centrales nucléaires spatiales pour la mise en œuvre du programme Prometheus dans le cadre du projet Jimo (une expédition orbitale vers les lunes glacées de Jupiter), un convertisseur dynamique (centrale à turbine à gaz basée sur le cycle de Brighton) a été sélectionné. La durée de vie du KYAEU est de 10 ans avec une puissance électrique de sortie de 250 kW (el).
Depuis le début des années soixante, les travaux sur la conversion directe de l'énergie thermique en énergie électrique à l'aide de convertisseurs thermoélectriques et thermoioniques ont pris une ampleur assez large en URSS, aux États-Unis et dans un certain nombre d'autres pays. De telles méthodes de conversion d'énergie simplifient fondamentalement le schéma des installations, excluent les étapes intermédiaires de conversion d'énergie et permettent de créer des installations électriques compactes et légères.
L'URSS a utilisé des batteries atomiques dans les satellites "Cosmos". En septembre 1965, les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) Orion-1 d'une puissance électrique de 20 W. Le poids du RTG était de 14,8 kg, la durée de vie nominale était de 4 mois. Les ampoules RTG contenant du polonium-210 ont été conçues selon le principe d'intégrité et d'étanchéité garanties dans tous les accidents. Ce principe s'est justifié dans le crash de lanceurs en 1969, lorsque, malgré la destruction complète des objets, le bloc combustible, contenant 25 000 curies de polonium-210, est resté scellé.
Le vaisseau spatial de recherche Lunokhod-1, lancé sur la surface lunaire par l'Union soviétique en novembre 1970, était alimenté en isotopes radioactifs (polonium-210) pour réguler la température. Lunokhod-1 a fonctionné pendant 322 jours. Pendant 11 jours lunaires, il a parcouru 10,5 km, explorant la région de la Mer des Pluies, réalisé un relevé topographique détaillé de 80 000 mètres carrés. surface lunaire. Pendant ce temps, 171 sessions de communication ont été réalisées, avec l'aide des télésystèmes radio Lunokhod-1, plus de 200 000 images de la surface lunaire ont été transmises à la Terre. » Le générateur de courant thermoélectrique à radio-isotope a également fonctionné avec succès sur l'appareil Lunokhod-2.
Les sources d'énergie, alimentées par des isotopes à longue durée de vie, sont particulièrement nécessaires pour les sondes spatiales qui effectuent de "longs voyages" vers des planètes lointaines. Ainsi, les sondes américaines Viking, qui ont atterri sur Mars en juillet et septembre 1976 afin d'y rechercher une vie intelligente, avaient à leur bord deux générateurs de radio-isotopes pour fournir de l'énergie au véhicule de descente. Les stations spatiales proches de la Terre, telles que Salyut (URSS) et Skylab (États-Unis), reçoivent de l'énergie à partir de panneaux solaires alimentés par l'énergie du Soleil. Cependant, les sondes pour Jupiter ne peuvent pas être équipées de panneaux solaires. Le rayonnement du Soleil, qui est reçu par la sonde à proximité de Jupiter, est totalement insuffisant pour fournir de l'énergie à l'appareil. De plus, lors du vol spatial Terre-Jupiter, il est nécessaire de franchir d'énormes distances interplanétaires avec une durée de vol de 600 à 700 jours. Pour de telles expéditions spatiales, la base du succès est la fiabilité des centrales électriques. Par conséquent, les sondes américaines de la planète Jupiter - "Pioneer 10", qui ont été lancées en février 1972 et en décembre 1973, ont atteint l'approche la plus proche de Jupiter, ainsi que son successeur "Pioneer-2" - étaient équipées de quatre batteries puissantes avec du plutonium 238, placé aux extrémités des supports de 27 m de long.En 1987, Pioneer 10 a survolé la planète, la plus éloignée de la Terre, Pluton, puis ce corps spatial produit sur terre a quitté notre système solaire.
Tableau 1 Les principales caractéristiques de la centrale nucléaire, qui a reçu une réelle expérience d'utilisation dans le cadre d'engins spatiaux aux États-Unis et en URSS / Russie
1 - réacteur; 2 - canalisation du circuit de métal liquide; 3 - la radioprotection ; 4 - Réservoir de compensation ZhMC ; 5 - réfrigérateur radiateur; 6 - TEG ; 7 - structure de châssis de puissance.
On peut dire que l'utilisation de sources de chaleur radio-isotopiques au lieu de sources chimiques a permis de multiplier par dizaines voire centaines la durée de séjour des satellites en orbite. Cependant, lors de l'utilisation de satellites à forte consommation électrique, la puissance des générateurs de radio-isotopes s'avère insuffisante. Avec une consommation électrique de plus de 500 W, il est plus rentable d'utiliser une réaction de fission nucléaire, c'est-à-dire petites centrales nucléaires.
1 - bloc du système d'alimentation en vapeur de césium et actionneurs des organes de régulation; 2 - PRT ; 3 - Pipeline ZhMK; 4 - ; 5 - Réservoir de compensation ZhMC ; 6 - CI ; 7 - structure du cadre.
CENTRALES NUCLÉAIRES AVEC GÉNÉRATEURS THERMOÉLECTRIQUES
La course à l'espace, notamment dans le domaine militaire, a nécessité l'alimentation de satellites, des dizaines de fois supérieure à celle que pourraient fournir des panneaux solaires ou des sources d'énergie isotopiques. En effet, à partir d'un isotope radioactif, il est difficile de construire un convertisseur direct chaleur-puissance de forte puissance (utilisant des thermoéléments). À cet égard, l'utilisation d'une réaction nucléaire en chaîne est beaucoup plus prometteuse. Il y avait 55 réacteurs nucléaires dans l'espace en 2000. L'utilisation de l'énergie atomique-thermique peut être divisée en machine et non-machine. La puissance requise est fournie par des centrales nucléaires compactes (NPP), qui, en raison de la taille limitée des satellites, doivent fonctionner sans gros générateurs de vapeur ou turbines. La conversion directe de l'énergie nucléaire thermique en énergie électrique présente des avantages décisifs par rapport à la machine pour les centrales autonomes à réacteurs de puissance relativement faible (de 3 kW à 3-5 MW) et de capacité de ressources élevée (de 3 ans de fonctionnement continu à 10 ans dans le futur).
Une installation électrique nucléaire (CNP) est conçue pour alimenter des équipements d'engins spatiaux en utilisant le principe de conversion directe de l'énergie thermique d'un réacteur nucléaire en électricité dans un générateur thermoélectrique à semi-conducteur. Le stockage des centrales nucléaires après la fin de l'exploitation est effectué par transfert en orbite, où la durée de vie du réacteur est suffisante pour la décroissance des produits de fission à un niveau sûr (au moins 300 ans). En cas d'accident impliquant un engin spatial, la centrale nucléaire intègre un système de radioprotection supplémentaire très efficace utilisant la dispersion aérodynamique du réacteur à un niveau sûr.
L'utilisation de convertisseurs d'énergie thermoélectrique et thermoionique en combinaison avec des réacteurs nucléaires a permis de créer un type d'installations fondamentalement nouveau, dans lequel une source d'énergie thermique - un réacteur nucléaire et un convertisseur d'énergie thermique en électricité - était combinée en un unité unique - un convertisseur-réacteur.
Une centrale nucléaire type contient : un réacteur à neutrons rapides avec un réflecteur latéral en béryllium comprenant 6 barres de commande cylindriques, un radiateur de refroidissement ; 2 circuits de refroidissement (eutectique sodium-potassium), pompe électromagnétique, générateur thermoélectrique et entraînements des barres de commande ; la protection contre les rayonnements d'ombre de l'hydrure de lithium, qui assure l'atténuation des rayonnements ionisants du réacteur au niveau acceptable pour les instruments et équipements de l'engin spatial ; - un radiateur d'évacuation de la chaleur dans l'espace depuis le circuit secondaire de refroidissement ; un rattachement avec les unités du système d'éjection de l'assemblage des éléments combustibles du réacteur hors de la cuve du réacteur. Puissance électrique - 3 kW, puissance thermique - 100 kW, masse de la centrale nucléaire - 930 kg, charge en uranium 235 - 30 kg.
Dans les années 50 en URSS, les travaux ont commencé sur la création d'une centrale thermoélectrique à réacteur "BUK" avec un réacteur à neutrons rapides de petite taille et un générateur thermoélectrique sur des éléments semi-conducteurs situés à l'extérieur du réacteur. Plus de 30 unités « BUK » ont été exploitées sur des engins spatiaux de la série « Cosmos » depuis plusieurs années.
En 1964 à l'Institut de l'énergie nucléaire. IV Kurchatov a lancé le premier réacteur de conversion directe de chaleur en électricité, "Romashka". La base est un réacteur à neutrons rapides à haute température, dont le cœur est constitué de dicarbure d'uranium et de graphite. Le cœur du réacteur (cylindre) est entouré d'un réflecteur en béryllium. La température au centre du cœur est de 1770°C, sur la surface extérieure du réacteur - 1000°C. Sur la surface extérieure du réflecteur se trouve un convertisseur thermoélectrique, composé d'un grand nombre de plaques semi-conductrices en silicium-germanium, dont les faces internes sont chauffées par la chaleur générée par le réacteur et les externes sont refroidies. La chaleur non utilisée du convertisseur est rayonnée dans l'espace environnant par un radiateur à ailettes. La puissance thermique du réacteur est de 40 kW. La puissance électrique retirée du convertisseur thermoélectrique est de 500 watts.
Un réacteur-convertisseur nucléaire à haute température vous permet d'obtenir directement de l'électricité sans la participation d'organes et de mécanismes mobiles. Dans "Romashka", les idées d'un réacteur à conversion directe sont parfaitement incarnées : rien n'y bouge. Contrairement au réacteur américain SNAP-10A, il n'y a pas de liquide de refroidissement et de pompes. Les Américains ont été contraints d'abandonner leur version du réacteur en raison de leurs positions fragiles dans le domaine de la science des matériaux à haute température.
Le réacteur-convertisseur "Romashka" a fonctionné avec succès 15 000 heures (au lieu des 1 000 heures prévues), tout en générant 6 100 kWh d'électricité. Le complexe de travaux exécuté avec l'installation "Romashka" a montré sa fiabilité absolue et
sécurité.
L'efficacité de tels générateurs peut être augmentée en utilisant des éléments thermoioniques modulaires plats, situés à la limite du noyau et du réflecteur radial, à la place du convertisseur d'énergie thermoélectrique.
Sur la base de l'installation Romashka, l'installation expérimentale Gamma a été créée - un prototype de la centrale nucléaire autonome transportable d'Elena d'une puissance électrique allant jusqu'à 500 kW, destinée à l'alimentation électrique de zones reculées.
La première centrale nucléaire spatiale (KNPP) de notre pays « BES-5 » avec un réacteur homogène à neutrons rapides et un générateur thermoélectrique (TEG) a été développée pour alimenter l'équipement du vaisseau spatial de reconnaissance radar sur le site de lancement et pendant toute la durée existence active du satellite sur une orbite circulaire de hauteur d'environ 260 km. La puissance de sortie génératrice de "BES-5" est de 2800 W, avec une ressource de 1080 heures. Le 3 octobre 1970, la centrale nucléaire BES-5 a été lancée dans le cadre d'un vaisseau spatial de reconnaissance radar (Kosmos-367). Après 9 lancements de la centrale nucléaire BES-5 en 1975, elle a été adoptée par la marine de l'URSS. Au moment du déclassement de la centrale nucléaire BES-5 (1989), 31 unités avaient été lancées dans l'espace.
Au cours de l'exploitation de l'unité, des travaux ont été menés sur l'achèvement et la modernisation du BPS, associés à une augmentation de la sûreté radiologique, une augmentation de la puissance électrique en fin de ressource jusqu'à 3 kW et une augmentation de la ressource jusqu'à à 6-12 mois. Le premier lancement de la version améliorée de la centrale nucléaire a eu lieu le 14 mars 1988 dans le cadre du vaisseau spatial Kosmos-1932.
Tableau 2 Générateurs thermoélectriques à radionucléides (RTG) et unités de chauffage (BO) sur le polonium-210 et le plutonium-238, une source de rayonnement gamma (II) sur le thulium-170
Un représentant typique des centrales nucléaires utilisées comme sources d'alimentation pour de puissants satellites radiotechniques (stations radar spatiales et émetteurs de télévision), avec conversion directe de chaleur en électricité, est l'installation Buk, qui était en fait un convertisseur à semi-conducteur TEG - Ioffe, seulement au lieu d'une lampe à pétrole, il utilisait un réacteur nucléaire. Comme d'habitude, une jonction semi-conductrice était placée à froid et l'autre à chaud : un courant électrique passait entre elles. La froideur de l'espace est bonne - elle est partout. Pour la chaleur, un liquide de refroidissement en métal qui a lavé un réacteur nucléaire portable convenait. Il s'agissait d'un réacteur rapide d'une puissance allant jusqu'à 100 kW. La charge totale d'uranium hautement enrichi était d'environ 30 kg. La chaleur du noyau a été transférée par le métal liquide - un alliage eutectique de sodium et de potassium aux batteries à semi-conducteurs. La puissance électrique atteint 5 kW. Les heures de travail de Buk sont de 1 à 3 mois. maintenant en qualité, a continué jusqu'au début de la perestroïka. De 1970 à 1988, environ 30 satellites radar avec des centrales nucléaires de Buk avec des réacteurs convertisseurs à semi-conducteurs ont été lancés dans l'espace. Si l'installation échouait, le satellite était transféré sur une orbite à long terme à une altitude de 1000 km.
Les principales réalisations de la science et de la technologie nationales dans le domaine de la technologie thermoélectrique pour les missions spatiales sont associées à la R&D sur la création de la centrale nucléaire "Romashka", la centrale nucléaire "BUK" et l'expérience réelle de son exploitation dans l'espace en la période 1970-1988. pendant 32 lancements.
CENTRALES NUCLÉAIRES AVEC CONVERTISSEURS À THERMOÉMISSION
En URSS, parallèlement aux travaux de création d'une centrale nucléaire avec des générateurs thermoélectriques, des travaux ont été réalisés sur une centrale nucléaire avec des convertisseurs thermoioniques ayant des caractéristiques techniques plus élevées. En fait, le principe est utilisé ici comme dans le convertisseur à semi-conducteur, mais au lieu d'une jonction froide et chaude, on utilise une cathode chaude en carbure et une anode froide en acier, et entre elles il y a des vapeurs de césium facilement ionisables. L'effet est une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une centrale électrique spatiale naturelle. La conversion d'émission thermique, par rapport à la conversion thermoélectrique, permet d'augmenter le rendement, d'augmenter la ressource et d'améliorer les caractéristiques de masse et de taille de la centrale électrique et de l'engin spatial dans son ensemble. Le principe de la conversion thermoionique de l'énergie thermique en énergie électrique est qu'une surface métallique, incandescente par la chaleur générée dans le réacteur, émet effectivement des ions, qui sont adsorbés par une paroi refroidie située avec un petit espace.
En 1970-71 en URSS, une centrale nucléaire à thermoémission "Topaz" (Convertisseur expérimental d'émission thermique dans la zone active) a été créée, dans laquelle un réacteur thermique d'une capacité allant jusqu'à 150 kW a été utilisé. La pleine charge d'uranium était de 31,1 kg à 90 % d'uranium-235. Poids de l'installation 1250 kg. La base du réacteur était constituée d'éléments combustibles - "guirlandes". C'était une chaîne de thermoéléments : la cathode était un "dé à coudre" de tungstène ou de molybdène rempli d'oxyde d'uranium, et l'anode était un tube de niobium à paroi mince refroidi avec du sodium-potassium liquide. La température cathodique a atteint 1650oC. Puissance électrique 10 kW. "Topaz" avait un rendement de conversion thermoélectrique de 5 à 10 % contre 2 à 4 % pour les réacteurs précédents.
En plus de l'uranium-235, le dioxyde de plutonium-238 est prometteur comme combustible pour les réacteurs spatiaux en raison de son très fort dégagement d'énergie spécifique. Dans ce cas, le rendement relativement faible du réacteur de thermoémission à conversion directe est compensé par le dégagement d'énergie active de plutonium-238.
Deux convertisseurs d'émission thermique à neutrons intermédiaires (sans modérateur), Topaz-1 et Topaz-2, ont été testés avec une puissance électrique de 5 et 10 kW, respectivement. Dans l'installation Topaz, la conversion d'énergie directe (sans machine) est réalisée dans les canaux de production d'électricité intégrés au cœur d'un réacteur thermique de petite taille. L'installation "Topaz-1" est équipée d'un réacteur-convertisseur thermique et d'un caloporteur à métal liquide (sodium-potassium ou lithium). Le principe de conversion directe de l'énergie thermique en énergie électrique consiste à chauffer la cathode sous vide à une température élevée tout en maintenant l'anode relativement froide, tandis que les électrons « s'évaporent » (émettent) de la surface de la cathode, qui, ayant traversé l'espace interélectrode , « se condenser » sur l'anode, et lorsqu'un courant électrique circule dans le circuit externe. Le principal avantage d'une telle installation par rapport aux générateurs de machines électriques est l'absence de pièces mobiles. La mise en œuvre du concept de réacteur surgénérateur rapide refroidi au lithium dans le futur pourrait permettre de résoudre le problème de la création d'une installation d'une puissance électrique de 500-1000 kW et plus.
La centrale nucléaire contient : un réacteur convertisseur thermoionique avec un modérateur en hydrure de zirconium et un réflecteur latéral en béryllium comprenant des commandes rotatives ; système réacteur-convertisseur : actionneurs de régulation de l'alimentation en césium des canaux de production d'électricité, disposés dans un bloc situé devant le convertisseur-réacteur ; blindage contre les rayonnements d'ombre en hydrure de lithium, qui assure l'atténuation du rayonnement du réacteur à des niveaux acceptables pour les instruments des engins spatiaux ; un système d'évacuation de la chaleur inutilisée du réacteur par un fluide caloporteur (eutectique sodium-potassium), comprenant une pompe électromagnétique alimentée en électricité à partir d'un réacteur convertisseur, un radiateur pour décharger la chaleur dans l'espace et d'autres unités. Puissance électrique - 5 kW, puissance thermique - 150 kW, durée de vie, y compris le travail jusqu'à 1 an en mode 100 kW - 7 ans, charge d'uranium 235 - 11,5 kg, poids - 980 kg.
Tableau 3 Brève caractéristique de la centrale nucléaire de Topaz 1
Le combustible nucléaire de Topaz-1 (dioxyde d'uranium enrichi en uranium-235) est enfermé dans un noyau de matériau réfractaire qui sert de cathode (émetteur) pour les électrons. La chaleur dégagée à la suite de la fission de l'uranium dans le réacteur chauffe l'émetteur à 1500-1800 degrés Celsius, entraînant l'émission d'électrons. Arrivés sur l'anode (collecteur), les électrons ont suffisamment d'énergie pour travailler dans une charge externe dans un circuit fermé externe entre les électrodes du convertisseur thermionique (émetteur et collecteur). L'écart interélectrode est de quelques dixièmes de millimètre. Les vapeurs de césium introduites dans l'espace interélectrode (IES) activent de manière significative le processus de génération d'électricité dans le réacteur. Un système de césium consommable a été mis en œuvre dans la conception de la centrale, dans lequel la vapeur de césium a été pompée à travers l'IES pour éliminer les impuretés. Les vapeurs de césium qui ont traversé la MEZ ont été absorbées par un piège à base de pyrographite et les impuretés gazeuses ont été éliminées dans l'espace. Le système au césium avait un thermostat-générateur de vapeurs de césium avec des radiateurs électriques, à l'aide desquels la température prédéfinie de la zone la plus froide du thermostat était maintenue. Dans le générateur de vapeur de césium, un certain nombre de dispositifs ont été utilisés pour assurer le maintien de la phase liquide dans une certaine position et l'empêcher d'entrer dans le chemin de la vapeur sous l'action de petites surcharges en vol spatial. Dans la conception appliquée du générateur de vapeur de césium, la quantité maximale de césium était de 2,5 kg, ce qui, à un débit de vapeur donné déterminé par la conductivité du starter à la sortie du RP, limitait sans ambiguïté la ressource possible de la centrale nucléaire . L'exigence de minimiser la masse et les dimensions a dû être mise en œuvre en tenant compte du fait que l'évacuation de la chaleur dans l'espace extra-atmosphérique n'est possible que par rayonnement en raison de l'utilisation d'une conception spéciale du radiateur-réfrigérateur. La mise en œuvre du système d'évacuation de la chaleur est considérablement difficile, car il utilise un eutectique de sodium-potassium de métal liquide agressif. A cela s'ajoutent des exigences élevées pour la fiabilité du fonctionnement autonome et la capacité des ressources de la centrale nucléaire dans des conditions de surcharge lors du lancement en orbite, d'orientation arbitraire et d'absence de forces de gravité lors du fonctionnement en orbite, la nécessité d'assurer le nucléaire et le rayonnement la sécurité en cas d'accidents possibles de lanceurs lors du lancement d'un engin spatial avec une centrale nucléaire en orbite, ainsi que d'assurer la sécurité des météores en vol spatial, etc. La centrale nucléaire "Topaz" est conçue pour alimenter les équipements des engins spatiaux à usage militaire. L'utilisation de réacteurs nucléaires sur des satellites permet d'assurer une alimentation électrique stable quelle que soit la localisation en orbite.
La sûreté nucléaire et radiologique est assurée par la conception du réacteur nucléaire. En cas d'accident, y compris hypothétique avec une fusée d'appoint sur le site de lancement et sur le site de lancement, le réacteur nucléaire reste sous-critique. En raison de l'introduction des verrouillages, le lancement du réacteur est impossible une fois l'orbite atteinte. Le blocage n'est levé par commande radio depuis la Terre qu'après confirmation du lancement sur l'orbite calculée par des mesures directes de trajectoire. L'altitude de l'orbite a été choisie de manière à ce que l'existence de l'engin spatial après la fin de l'installation fonctionnelle, compte tenu des urgences éventuelles de l'installation, soit suffisante pour que les produits de fission se désintègrent à un niveau sûr. Ce temps dépasse 350 ans. Ainsi, la sécurité garantie de la population mondiale est assurée lors de l'utilisation d'installations de ce type.
La centrale nucléaire "Topaz-1" a été développée pour les satellites de reconnaissance radar, "Topaz-2" - pour les engins spatiaux du système de télédiffusion directe depuis l'espace. Le premier prototype de vol, le satellite Kosmos-1818 avec l'installation Topaz, est entré le 2 février 1987 sur une orbite circulaire stationnaire à l'abri des radiations à une altitude de 800 km et a fonctionné sans défaillance pendant six mois, jusqu'à ce que les réserves de césium soient épuisées. Le deuxième satellite, Cosmos-1876, a été lancé un an plus tard. Il a travaillé en orbite presque deux fois plus longtemps. Le succès des Topazes a stimulé le développement de plusieurs projets de réacteurs à convertisseurs thermoioniques, notamment une centrale nucléaire d'une puissance électrique allant jusqu'à 500 kW basée sur un réacteur refroidi au lithium.
Sur la base des centrales nucléaires "BES" et "Topaz", un certain nombre de projets d'installations aux caractéristiques améliorées ont été préparés. Des propositions techniques ont été préparées pour la centrale nucléaire thermoélectrique Zarya-1 pour le vaisseau spatial de reconnaissance optique-électronique. La centrale nucléaire "Zarya-1" diffère de "BES" par le niveau de puissance électrique (5,8 kW contre 2,9 kW) et une durée de vie accrue (4320 heures contre 1100 heures). En 1978, la centrale nucléaire Zarya-2 est créée avec une puissance électrique de 24 kW et une durée de vie de 10 000 heures, puis la centrale nucléaire spatiale Zarya-3 avec une puissance électrique de 24,4 kW et une durée de vie de 1,15 ans. Il était destiné à créer des impulsions de poussée pour corriger l'orbite des satellites et l'alimentation d'équipements spéciaux.
L'installation nucléaire spatiale thermique "TOPAZ 100/40" est une centrale nucléaire bimode (CNP). Il est conçu pour fournir de l'énergie électrique à la propulsion électrique (EJE) lors du placement des satellites du système de communication par satellite Space Star sur des orbites hautes (jusqu'à géostationnaire) et pour fournir de l'énergie électrique aux équipements embarqués. La centrale électrique n'est amenée à la puissance du réacteur que lorsque l'engin spatial atteint une orbite de radioprotection (800 km et plus). La conception de la centrale nucléaire est conforme au document « Principes relatifs à l'utilisation de sources nucléaires dans l'espace » adopté lors de la 47e session de l'Assemblée générale de l'OO. En position de lancement, la centrale nucléaire est située dans le compartiment de l'engin spatial d'un diamètre de 3,9 mètres et d'une longueur de 4,0 mètres sous le carénage. En position orbitale, la centrale nucléaire est étendue (le réacteur est le plus éloigné possible des équipements) et a une longueur de 16,0 mètres et un diamètre de 4 mètres.
La centrale nucléaire contient : un convertisseur-réacteur thermoionique avec des systèmes de service : entraînement des organes de régulation, alimentation du fluide de travail (césium) aux canaux de production d'énergie ; protection contre les rayonnements d'ombre en hydrure de lithium, qui assure l'atténuation des rayonnements émis par le réacteur à un niveau acceptable pour les instruments des engins spatiaux ; un système d'évacuation de la chaleur inutilisée d'un réacteur avec un réfrigérant à métal liquide (alliage eutectique de sodium et de potassium), comprenant une pompe électromagnétique, un réfrigérateur, un radiateur composé de 9 panneaux sur des caloducs pour évacuer la chaleur dans l'espace et d'autres unités. Puissance électrique - 40 kW, puissance électrique en mode propulsion électrique - 100 kW, ressource comprenant un fonctionnement jusqu'à 1 an en mode 100 kW - 7 ans, masse de la centrale nucléaire - 4400 kg, charge d'uranium 235 - 45 kg Satellites à l'achèvement d'existence active, ils sont transférés sur une orbite de stockage à une altitude d'environ 1000 km, où le réacteur usé devrait durer de 300 à 600 ans. Les satellites d'urgence sont également transférés sur une orbite similaire. Cependant, cela n'a pas toujours été possible. Pendant près de 20 ans de lancements, il y a eu quatre cas de chute de satellite sur Terre : deux dans l'océan et un sur terre.
La primauté historique dans les accidents nucléaires spatiaux appartient aux États-Unis - en 1964, le satellite de navigation américain avec un réacteur nucléaire à bord n'a pas pu entrer en orbite, et ce réacteur s'est effondré dans l'atmosphère avec le satellite en morceaux.
En URSS, le premier accident est associé à un satellite de la série US-A de 4300 kilogrammes lancé le 18 septembre 1977 (alias "Cosmos-954", paramètres orbitaux : périgée 259 km, apogée 277 km, inclinaison 65 degrés). Le satellite faisait partie du système satellitaire de reconnaissance spatiale maritime et de désignation d'objectif MKRT "Legend", conçu pour détecter les navires d'un ennemi potentiel et émettre des données à utiliser par notre flotte de missiles de croisière. Fin octobre 1977, Kosmos-954 a arrêté les corrections d'orbite régulières, mais il n'a pas été possible de le transférer sur l'orbite d'enfouissement. Selon des rapports ultérieurs de TASS, le 6 janvier 1978, le satellite s'est soudainement dépressurisé, ce qui a provoqué la défaillance des systèmes embarqués. La descente incontrôlée de l'appareil sous l'influence des couches supérieures de l'atmosphère s'est terminée le 24 janvier 1978 par la désorbite et la chute de débris radioactifs dans le nord du Canada à proximité du Grand lac des Esclaves. Les éléments d'uranium du satellite ont été complètement brûlés dans l'atmosphère. Au sol, seuls les restes d'un réflecteur au béryllium et de batteries semi-conductrices ont été retrouvés. Néanmoins, des débris spatiaux radioactifs ont été dispersés dans le nord-ouest du Canada sur une superficie de plusieurs milliers de kilomètres carrés. L'URSS a accepté de verser au Canada 3 millions de dollars, ce qui représentait 50% du coût de l'opération "Morning Light" pour nettoyer la zone de la chute de "Cosmos-954".
Le 28 décembre 1982, Kosmos-1402, qui fonctionnait depuis le 30 août, n'a pas pu être transféré sur l'orbite funéraire et il a entamé une descente incontrôlée. Des améliorations constructives après l'accident précédent ont permis de séparer le cœur de la cuve du réacteur thermorésistante et d'éviter la chute compacte des débris. Le noyau est entré dans l'atmosphère le 7 février 1983 et les produits de fission radioactifs se sont dispersés dans l'Atlantique Sud.
En avril 1988, la communication avec Kosmos-1900, lancé en orbite en décembre 1987, est perdue. Pendant cinq mois, le satellite est descendu de façon incontrôlable, et les services au sol ne peuvent donner l'ordre ni de mettre le réacteur en orbite haute, ni de séparer le noyau pour plus de sa descente sûre de l'orbite. Heureusement, cinq jours avant la rentrée attendue dans l'atmosphère, le 30 septembre 1988, le système de retrait automatique du réacteur s'est déclenché, qui s'est allumé en raison de l'épuisement de l'alimentation en combustible du système de contrôle d'attitude du satellite.
La poursuite des alimentations électriques de type Topaz était la centrale nucléaire à thermo-émission Yenisei-Topaz. Le canal de production d'électricité est à élément unique, la puissance est de 5 kW, la durée de vie est jusqu'à 3 ans.
Bien que l'incident lui-même n'ait pas causé de dommages matériels, son chevauchement avec les précédentes catastrophes de Challenger et de Tchernobyl a conduit à des protestations contre l'utilisation de centrales nucléaires dans l'espace. Cette circonstance est devenue un facteur supplémentaire qui a influencé la fin des vols de satellites équipés de radars spatiaux en 1988. Cependant, la principale raison de l'abandon des radars spatiaux à énergie nucléaire n'était pas les appels de la communauté mondiale, et plus encore, pas le interférences créées par les réacteurs d'astronomie gamma, mais de faibles spécifications opérationnelles.
PERSPECTIVES DE DÉVELOPPEMENT DE CENTRALES NUCLÉAIRES
Languette. 4 Caractéristiques principales de KYAEU "BUK" et "BUK-TEM"
La pleine charge d'uranium hautement enrichi dans le Buk est de 30 kg, le réfrigérant est du métal liquide - un alliage eutectique de sodium et de potassium. La source d'électricité est un convertisseur à semi-conducteur. Puissance électrique 5 kW. Le Topaz utilisait un réacteur thermique de 150 kW. La pleine charge d'uranium est de 12 kg. La base du réacteur était constituée d'éléments combustibles - des "guirlandes", qui sont une chaîne de thermoéléments : la cathode est un "dé à coudre" de tungstène ou de molybdène, rempli d'oxyde d'uranium, l'anode est un tube de niobium à paroi mince, refroidi par sodium-potassium liquide. La température cathodique est de 1650oC, la puissance électrique de l'installation est de 10 kW.
De 1970 à 1988, l'URSS (Russie) a lancé dans l'espace une trentaine de satellites radar avec des centrales nucléaires de Buk avec des convertisseurs à semi-conducteurs et deux avec des centrales de thermoémission Topaz.
Actuellement, les exigences suivantes sont imposées aux centrales nucléaires spatiales (CNPP) de nouvelle génération : intégration d'une centrale nucléaire dans un engin spatial lancé par des lanceurs modernes (tels que Proton, Proton-M, Angara) ; sûreté nucléaire et radiologique, incl. en cas d'accident éventuel (un réacteur "propre" tombe sur Terre) ; régime énergétique de transport - à des altitudes supérieures à l'orbite de sécurité radiologique 800 km; état sous-critique du réacteur dans tous les types d'accidents ; coefficient de température négatif de réactivité aux paramètres de fonctionnement ; réservation de nœuds soumis à une dégradation des ressources ; une combinaison de divers systèmes de conversion d'énergie; développement préférentiel des éléments et assemblages en conditions hors réacteur ; la possibilité d'un séjour prolongé dans l'espace avant le démarrage de la centrale nucléaire ; puissance électrique de sortie 50 ÷ 400 kWEL (à 115 ÷ 120 V), durée de vie 7-10 (jusqu'à 20) ans.
Dans le domaine des dispositifs thermoélectriques, un projet a été préparé pour la transition d'une centrale nucléaire de type Buk vers le BUK-TEM plus avancé (tableau 4).
L'expérience des travaux menés dans le domaine de la thermoélectricité pour les centrales nucléaires nous permet de conclure sur la possibilité pratique de créer un TEG à base de Si-Ge TB/TM de géométrie à anneau radial dans le cadre soit de centrales nucléaires purement thermoélectriques soit centrales nucléaires combinées (émission thermique + thermoélectricité) avec la puissance électrique de sortie d'un générateur d'énergie thermique 10 -100 kWe pour les missions spatiales du 21ème siècle.
Les principaux domaines de travail dans les émissions thermiques après l'achèvement des travaux dans le cadre des programmes de création de la centrale nucléaire de TOPAZ et de la centrale nucléaire de Yenisei sont associés à la nécessité d'une augmentation radicale de l'efficacité. du niveau de ~ 10% à 20-30%, la durée de vie des canaux de production d'électricité (EGC) et des systèmes entrant dans la composition de la centrale nucléaire - de 1-2 ans à 10-20 ans avec une limitation significative de les caractéristiques de poids et de taille. Le choix du concept d'EGC thermoionique et de centrale nucléaire est déterminé par les exigences du problème à résoudre, dont les plus importantes sont la ressource, l'intensité énergétique, y compris mono ou bimode (avec forçage électrique), la valeur de la tension de sortie du courant électrique, la nécessité d'une confirmation hors réacteur de la ressource et la vérification des principales solutions techniques sur les stands avec chauffage électrique simulé, etc.
Tableau 5 Principales caractéristiques des centrales nucléaires TOPAZ et ELBRUS-400/200
Aujourd'hui, il est clair que la thermoémission et la thermoélectricité à la fois dans les installations thermoélectriques et thermoélectriques, et dans leur combinaison (thermoélectricité + thermoémission) dans une centrale nucléaire de nouvelle génération, ont une perspective d'utilisation incontestable. Dans ce cas, l'émission thermique présente des avantages incontestables par rapport aux autres convertisseurs statiques et aux convertisseurs dynamiques connus. De telles installations peuvent être utilisées efficacement pour résoudre divers problèmes dans les missions spatiales du 21e siècle.