Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Как и другие реакторы, исследовательский реактор имеет активную зону, которая содержит делящийся материал, а реакторы на тепловых нейтронах – еще и замедлитель нейтронов (обычная или тяжелая вода, графит, бериллий). В активной зоне осуществляется отвод тепла. Активная зона окружается отражателем нейтронов. Вокруг реактора располагается биологическая защита, которая часто пронизана трубами для вывода пучков нейтронов. Для получения мощного, быстрого потока тепловых нейтронов без примеси используют устройство, называемое тепловой колонной. Колонна выполнена из хорошего замедлителя (чаще всего графита), один конец расположен непосредственно у активной зоны, а другой конец колонны выведен в помещение, доступное для проведения экспериментов. Для загрузки испытуемых материалов внутрь активной зоны предусматриваются специальные приспособления (или каналы). По спектру нейтронов в активной зоне исследовательские реакторы, как и все ядерные реакторы, делятся на реакторы на быстрых и тепловых нейтронах. Большинство исследовательских реакторов – реакторы на тепловых нейтронах, в основном гетерогенного типа, в них топливные элементы чередуются в определенном порядке с замедлителем. Исследовательские реакторы подразделяются на реакторы с низким, средним и высоким потоком нейтронов в активной зоне в общем диапазоне 1012—1015 нейтронов/(см 2). Существуют импульсные исследовательские реакторы, предназначенные для кратковременного увеличения потока нейтронов до более высоких значений без увеличения средней мощности реактора и соответствующего усложнения системы теплосъема. Современный импульсный реактор на быстрых нейтронах (ИБР) позволяет получить поток нейтронов в максимуме импульса 1,3—1018 нейтронов/(см 2) с мгновенной мощностью 23 МВт при средней мощности 3 кВт в момент вспышки цепной реакции. Вращающийся между топливными стержнями диск, в который запрессован кусок урана-235, служит для создания избыточной реактивности. Импульсный реактор на быстрых нейтронах предназначен для изучения нейтронной спектрометрии, физики твердых тел и жидкостей. По конструкции активной зоны различают исследовательские реакторы корпусного типа, погруженные в бассейн, канального типа. У исследовательского реактора корпусного типа активные зоны наиболее компактны, в связи с этим они обладают лучшими физическими характеристиками. Реакторы, погруженные в бассейн с водой, являются наиболее безопасными, так как все работы с радиоактивными изделиями ведутся через слой воды. Реакторы канального типа удобны для размещения и замены образцов испытуемых элементов. Но все три типа исследовательских реакторов имеют существенный недостаток. В них затруднен доступ к активной зоне или в межканальное пространство, что существенно усложняет проведение исследований. Советскими учеными был разработан четвертый вид исследовательского реактора – реактор канального типа, в котором активная зона с рабочими каналами и трубопроводами погружена в бассейн с водой. Данному типу реактора присущи достоинства исследовательского реактора канального и погружного типа. Этот тип исследовательского реактора предназначен главным образом для испытаний тепловыделяющих элементов и материалов. При мощности 20 МВт в центральной нейтронной ловушке, представляющей собой цилиндр диаметром 100 мм, заполненный водой, достигается поток тепловых нейтронов 8 × 10 14нейтронов / (см 2). К 1968 г. мощность реактора увеличена до 40 МВт. Для облучения в рабочие каналы с трубчатыми тепловыделяющими элементами устанавливают образцы материалов, они охлаждаются водой под давлением. Бериллиевые блоки используются в качестве замедлителя. В реактор загружается до 25 экспериментов петлевых каналов. Для облегчения доступа к активной зоне при перегрузочных работах приводы стержней управления выполнены на передвижной тележке. Бассейн реактора соединен шлюзом с бассейном-хранилищем, где помещена γ-облучательная установка, в которой используют в качестве источника излучений отработавшие топливные сборки. Каждый исследовательский реактор используется для обширного комплекса исследований, однако опыт создания и использования исследовательского реактора в мире показывает, что целесообразнее сооружать исследовательские реакторы, специализированные в определенных областях исследований.

Камера сгорания – замкнутое пространство, предназначенное для сжигания газообразного, жидкого, твердого топлива. Камеры сгорания бывают периодического действия – для поршневых 2– и 4-тактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также непрерывного действия – для газотурбинных двигателей (ГТД), турбореактивных двигателей (ТРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и некоторые другие.

В поршневых двигателях внутреннего сгорания камера сгорания обычно образована внутренней поверхностью головки цилиндра и днищем поршня (см. «Дизель»). Камеры сгорания газотурбинных двигателей чаще всего встраиваются непосредственно в двигатель и могут быть кольцевыми, трубчато-кольцевыми, трубчатыми. Камеры сгорания различают по направлению потока воздуха и продуктов сгорания на прямоточные и противоточные. Противоточные камеры применяют редко из-за большого гидравлического сопротивления. Продукты сгорания в некоторых двигателях направляются из газотурбинных двигателей в газовую турбину (турбореактивные двигатели с форсажными камерами, жидкостные ракетные двигатели и некоторые другие).

Требования для всех камер сгорания непрерывного действия следующие: устойчивость процесса горения; высокая теплонапряженность; максимальная полнота сгорания; минимальные тепловые потери; надежная работа в течение установленного ресурса работы двигателя. В качестве конструкционных материалов для изготовления камер сгорания в зависимости от температуры, развиваемой в камере сгорания непрерывного действия, применяют: до 500 °C – хромоникелевые стали, до 900 °C – хромоникелевые стали с добавкой титана, выше 950 °C – специальные материалы.

Камеры сгорания обычно работают таким образом, что при длительном использовании в условиях высоких внутренних температур их КПД значительно снижается и резко возрастает уровень вредных экологических выбросов (например, CO, NO 2). В Московском авиационном институте (МАИ) в настоящее время российские исследователи разрабатывают современную камеру сгорания для турбореактивных двигателей, где эта проблема стоит на первом месте и в перспективе должна быть решена. Сотни российских ученых и специалистов, половина из которых в прошлом эксперты в области ракетных технологий, создают высокотемпературную кольцевую камеру сгорания с минимальным количеством вредных выбросов. Научный коллектив применил различные методы при построении данной конструкции: комбинацию математического моделирования; теоретической оценки и экспериментального изучения камеры, способной сокращать формирование ядовитой окиси азота в процессе сгорания углеводородного топлива. Данный новый проект предполагает реорганизацию процесса сгорания, позволяющую значительно повысить КПД. Также предлагаемая камера сгорания имеет высокий запас прочности по температурам рабочих газов. Это позволит улучшить характеристики двигателя и исключает необходимость применения системы охлаждения стенок камеры. Она отличается значительно меньшим весом и полностью отвечает всем стандартам Международной организации гражданской авиации (ICAO). Российский коллектив тесно сотрудничает со своими европейскими коллегами из французской аэрокосмической корпорации Snecma (Муасси Крамайель, Франция).