РАДИОИЗОТОПНЫЙ ИСТОЧНИК ТЕПЛА

Полезная модель относится к радиоизотопной энергетике.
На выбор конструкции радиоизотопного источника тепла (РИТ), содержащего радиоизотопное топливо на основе плутония-238, помимо штатных эксплуатационных нагрузок, влияют механические и температурные факторы, действующие при вероятных аварийных ситуациях. Уровень температур при аварийных ситуациях требует применения в РИТ материалов, совместимых между собой и радиоизотопным топливом, а также устойчивых к воздействию расплава и паровой фазы материалов термоэлектрического преобразователя на основе теллуридов сурьмы, висмута. Материалы должны обладать достаточной коррозионной и окислительной стойкостью при аварийном нахождении в естественных средах.
Известен радиоизотопный источник тепла РИТ-238-3,5 для термоэлектрического генератора (Ю.В.Лазаренко, А.А.Пустовалов, В.П.Шаповалов «Малогабаритные ядерные источники электрической энергии», Москва, Энергоатомиздат, 1992 г., стр.116), содержащий внутреннюю и наружную ампулы, состоящие, в свою очередь, из корпуса и крышки. Внутренняя ампула содержит топливную таблетку, дистанционированную втулку, вкладыш и имеет полость для сбора радиогенного гелия. Наружная ампула предохраняет внутреннюю от прямого воздействия механических нагрузок. Между крышками внутренней и наружной ампул размещена пружина, препятствующая осевому перемещению внутренней ампулы при воздействии механических нагрузок.
Конструкция рассматриваемого радиоизотопного источника тепла -двухоболочечная, однако, с точки зрения обеспечения герметичности по отношению к воздействию внутреннего давления радиогенного гелия относится к системам без резервирования и существенно увеличивает риск радиоактивного загрязнения окружающей среды. Отсутствие устройства стравливания радиогенного гелия значительно повышает габариты радиоизотопного источника тепла.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является радиоизотопный источник тепла (п. РФ №2237301, опубл. 27.09.2004).
Радиоизотопный источник тепла содержит силовую герметичную оболочку, состоящую из корпуса и крышки, капсулу, установленную внутри силовой оболочки, топливную таблетку из двуокиси плутония-238, которая в свою очередь установлена внутри капсулы, дистанцирующий элемент. Корпус капсулы выполнен в виде витой оболочки и крышек, жестко соединенных с торцами витой оболочки. Дистанцирующий элемент, выполненный из упругого материала, размещен между силовой оболочкой и капсулой. Устройство имеет полость для сбора радиогенного гелия, образованную капсулой и силовой оболочкой.
Конструкция данного РИТа является оптимальной для устройств, при использовании которых выход радиогенного гелия из РИТ в окружающую среду недопустим.
В случае, когда выход радиогенного гелия из РИТ в окружающую среду возможен, в конструкции РИТ можно исключить полость для сбора радиогенного гелия и наружную силовую оболочку сделать негерметичной.
Задачей полезной модели является создание компактной, более легкой и прочной конструкции РИТ и обеспечение наибольшей удельной теплоотдачи с его боковых поверхностей.
Сущность полезной модели состоит в том, что РИТ содержит силовую оболочку, состоящую из корпуса и крышек, капсулу, установленную внутри силовой оболочки и состоящую также из корпуса и крышек, топливную таблетку из двуокиси плутония-238, которая в свою очередь установлена внутри капсулы, при этом корпус последней выполнен витым из ленты, а крышки жестко соединены с ее торцами, корпус силовой оболочки также выполнен витым из ленты, а крышки жестко соединены с ее торцами, между крышками капсулы и силовой оболочки с двух сторон установлены демпфирующие элементы. Витой корпус силовой оболочки и ее крышки изготовлены из сплавов тугоплавких металлов. Витой корпус капсулы и ее крышки изготовлены из коррозионностойких конструкционных материалов. На силовой корпус снаружи нанесено покрытие, состоящее из следующих слоев: вольфрам, дисилицид молибдена, окись алюминия или окись гафния.
Выполнение корпусов силовой оболочки и капсулы в виде витой оболочки позволяет стравливать радиогенный гелий, что исключает их разрушение внутренним давлением при высокотемпературном воздействии.
Демпфирующий элемент предотвращает перемещение капсулы внутри силовой оболочки при проведении технологических операций и воздействии нагрузок при транспортировании, эксплуатации, а также аварийных ситуациях.
Защитное покрытие предохраняет материал силовой оболочки от взаимодействия с расплавом и паровой фазой материалов термоэлектрического преобразователя в аварийных условиях транспортирования радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) и выполняет электроизоляционную функцию при нахождении РИТ в РИТЭГ.
На фигуре схематично изображена конструкция РИТ.
РИТ содержит силовую оболочку, состоящую из корпуса 1, выполненного витым из ленты, и крышек 2, капсулу, установленную внутри силовой оболочки и состоящую из корпуса 3, выполненного также витым из ленты, и крышек 4, топливную таблетку 5, которая в свою очередь установлена внутри капсулы, и демпфирующие элементы 6. Витые корпуса и соответствующие им крышки жестко соединены между собой по торцам. Демпфирующий элемент 6 выполнен из упругого материала, например, из спрессованной вольфрамовой проволоки и размещен между крышками силовой оболочки и капсулы. На наружную поверхность силовой оболочки нанесено защитное покрытие 7, состоящее из следующих слоев: вольфрам, дисилицид молибдена, окись алюминия. Вместо последнего может наноситься окись гафния.
Для достижения наибольшего объемного тепловыделения и повышения степени радиационной безопасности предлагается использовать компактную форму топлива в виде керамической топливной таблетки из диоксида плутония-238.
В качестве конструкционного материала силовой оболочки целесообразно использовать тугоплавкий сплав, например, ТаВ-10, обладающей хорошим комплексом механических свойств при температурах до 1800°С.
Капсула РИТ может быть выполнена из коррозионностойкого в практически любых природных средах сплава, например, сплава ПлРд-20.
Функциональной особенностью РИТ является обеспечение тепловой энергией устройств различного назначения. При радиоактивном распаде плутония-238 выделяется тепло. В зависимости от количества плутония-238, помещенного в РИТ, меняется температура его саморазогрева.