Космические лучи и ядерное топливо на борту КА

[EvilShurik]

Хочу привлечь внимание компетентных людей к следующей проблеме:
Как известно, на борт КА устанавливают ядерные источники энергии. Они делятся на два типа:
1. Радиоизотопные. Тут я думаю, многим понятно - это просто куски вещества радиоактивного изотопа, распадающиеся из-за естественной радиоактивности. Тепло распада и используется. К участию в цепной реакции эти изотопы не способны. Плюс конструкция контейнера, где они содержатся, не способствует цепной реакции.

2. Ядерные на цепной реакции деления. Это миниатюрные ядерные реакторы. Например, ядерный электрогенератор "Топаз". Вот здесь и начинается самое интересное.
Атомный реактор работает из-за того, что в нём содержится расщепляющийся нейтронами изотоп урана или плутония, в количестве, достаточном для создания критической массы этого изотопа. А сама конструкция контейнера реактора устроена так, что способствует цепной реакции.

В Космосе есть космические лучи - как правило протоны, реже ядра атомов гелия, и другие атомные ядра, ускоренные до невообразимых на Земле кинетических энергий. В миллиарды раз больших, чем максимальная энергия ускоренной частицы на БАК.
Есть настолько быстрые частицы, что энергии ОДНОЙ такой частицы было бы достаточно, чтобы опрокинуть к примеру, стакан воды, куда такая частицы (Вдумайтесь! Один Протон!) попала бы. Или достаточна, чтобы при попадании к примеру в тело человека, не только вызвать вполне ощутимое механическое действие, но и вызвать лучевую болезнь. От ОДНОЙ частицы!

А что произойдёт, если такая частица, или даже много меньшей энергии, которые встречаются в Космосе чаще, попадёт в ядерное топливо КА?
Понятно, что при взаимодействии с ядрами ядерного топлива она их расщепит на большое количество альфа-частиц и нейтронов очень высоких энергий. Которые в свою очередь, способны буквально "рвать" атомные ядра. Таким образом, при эксплуатации ЯЭУ, особенно вдали от Земли, должны довольно часто наблюдаться по меньшей мере "скачки мощности" невыясненной природы, не вызванные манипуляциями цепной реакцией управляющими устройствами. А учитывая что на ЯЭУ КА используется уран/плутоний оружейной степени обогащения, то и не исключён ядерный взрыв! Понятно, что не полноценный "боевой" с процентами и даже десятками процентов поделившегося вещества, а так называемый "хлопок", но вполне достаточный для разрушения корпуса реактора.

Было ли такое при реальной работе КА в Дальнем Космосе?

[ivanij]

 Насколько мне известно, ядерного взрыва там быть не могло, т.к. реакторы ЯЭУ так наз. "докритические". Да и в Дальнем Космосе установки типа Топаз не работали, т.к. предназначены были только для низколетящих спутников.

[EvilShurik]

Насколько мне известно, ядерного взрыва там быть не могло, т.к. реакторы ЯЭУ так наз. "докритические". Да и в Дальнем Космосе установки типа Топаз не работали, т.к. предназначены были только для низколетящих спутников.

"Докритические" - оксюморон для ядерного реактора. Он бы не заработал. Скорее уж критические без избытка ЯТ.

[ivanij]

Насколько мне известно, ядерного взрыва там быть не могло, т.к. реакторы ЯЭУ так наз. "докритические". Да и в Дальнем Космосе установки типа Топаз не работали, т.к. предназначены были только для низколетящих спутников.

"Докритические" - оксюморон для ядерного реактора. Он бы не заработал. Скорее уж критические без избытка ЯТ.

 С этим не ко мне.      Сюда, пожалуйста http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia/publications/index.shtml?zhelez_17.html

[Anatoly]

...В Космосе есть космические лучи - как правило протоны, реже ядра атомов гелия, и другие атомные ядра, ускоренные до невообразимых на Земле кинетических энергий. В миллиарды раз больших, чем максимальная энергия ускоренной частицы на БАК.
Есть настолько быстрые частицы, что энергии ОДНОЙ такой частицы было бы достаточно, чтобы опрокинуть к примеру, стакан воды, куда такая частицы (Вдумайтесь! Один Протон!) попала бы. Или достаточна, чтобы при попадании к примеру в тело человека, не только вызвать вполне ощутимое механическое действие, но и вызвать лучевую болезнь. От ОДНОЙ частицы!

лучевой болезни от одной частицы - не будет - максимум туннельный ожог окружающих траекторию тканей...
Когда то давно читал про человека (сам не видел и лично его видевших не встречал, хотя с народом из ОИЯИ Дубны контактировал нередко), который получил сквозное "выжигание туннеля" в голове (вход на лице - выход на затылке) высокоэнергетичным пучком частиц из ускорителя (он случайно влез на траекторию импульса перед мишенью) - но кроме этой туннельной травмы - не было ничего, никакой лучевой болезни...

...что произойдёт, если такая частица, или даже много меньшей энергии, которые встречаются в Космосе чаще, попадёт в ядерное топливо КА?

да ничего особенного - на фоне полной массы делящегося материала (вспомните число Авогадро) "линия" распавшихся единичных ядер (кстати, распадаться они будут на намного большие куски, нежели альфа) вкупе с "туннелем" вспышки реакции вокруг - если и вызовет тепловой выброс - то небольшой, вероятно даже вряд ли могущий быть зафиксирован приборно...
Чтобы произошел "саморазгон" реактора под воздействием внешнего облучения - плотность потока высокоэнергетичных частиц должна быть на много - на много порядков! - большая, нежели известная плотность космических лучей...
Да и сами "космические лучи ультравысоких энергий" - не только еще не на 100% доказанный факт, но и их плотность (всего несколько десятков предположительных регистраций в год - в год!) не высокая...

...Было ли такое при реальной работе КА в Дальнем Космосе?

что именно было - точно неизвестно (ибо оно произошло далековато), но предположительный тепловой взрыв (по схеме идентичной Тримайл Айланд и Чернобыль - расплавление активной зоны и разрушение конструкции реактора) - не ядерный! - был у одного из советских военных спутников (точно не помню, но вроде как ранее использовавшегося для целеуказания и/или радиолокации поверхности), находящегося на орбите захоронения - НОРАД (кажется) отметило возникновение значительного количества мелких "обломков", интерпретировав это как "выбросы металлического теплоносителя"...

P.S. да и при выводе полноценных ядерных устройств в космос - а это были не только РИТЭГи и реакторы, но и обычное ядерное оружие - самопроизвольных вспышек реакций в них вроде как ни разу не фиксировалось (по крайней мере ни разу не попадалось упоминаний о таком ЧП) - все и работало/неработало и взрывалось вполне "штатно"

[-Asket-]

Когда то давно читал про человека (сам не видел и лично его видевших не встречал, хотя с народом из ОИЯИ Дубны контактировал нередко), который получил сквозное "выжигание туннеля" в голове (вход на лице - выход на затылке) высокоэнергетичным пучком частиц из ускорителя (он случайно влез на траекторию импульса перед мишенью) - но кроме этой туннельной травмы - не было ничего, никакой лучевой болезни...

ru.wikipedia.org/wiki/Бугорский,_Анатолий_Петрович

Персональный Чернобыль Анатолия Бугорского
...Это случилось 3 июня 1978 года. Бугорскому для устранения временных отказов в системе детекторов потребовалось пройти непосредственно к приборам, установленным на трассе выведенного из ускорителя пучка частиц (здесь пучок летит просто по воздуху, а не в вакуумной трубе). Дело обычное - позвонить на пульт ускорителя, чтобы временно "сняли пучок" в данном канале, пройти через бетонный лабиринт в канал через дверь, которая при работе с пучком автоматически заблокирована, а светящееся табло на двери запрещает вход. По такому маршруту физики-экспериментаторы ходят сотни раз во время полуторамесячного сеанса круглосуточной работы ускорителя...
...Потом выяснилось, что во время предыдущего эксперимента высокая интенсивность пучка была не нужна, поэтому автоматическую блокировку двери отключили. Да так и не включили... Табло на двери не светилось из-за банальной перегоревшей лампочки. Кроме того, Бугорский, позвонив на пульт, сказал, что будет в канале через 5 минут, а прибежал, видимо, немного раньше, чем оператор снял пучок. Не увидев светящегося табло и легко открыв дверь в канал, Бугорский испытал какую-то легкую тень сомнения, но прошел к установке. Он наклонился к приборам, и вот тогда голова его пересекла невидимую трассу! Пучок ускорителя - это не непрерывная струя, а последовательность "пакетов", или "импульсов", в каждом из которых количество протонов измеряется величиной порядка 10 в двенадцатой степени. Вот это-то и представляет страшную опасность для человека - несколько десятков или сотен протонов, даже столь высоких энергий, большой беды не сделают. Из космоса, кстати сказать, нас иногда "прошивают" частицы еще больших энергий, но это - единицы, и редко. Но вот такой "пакет", и весь сразу! Не в глазах - нет, в самом мозгу человека что-то вспыхнуло на миг и тут же погасло, оставив неясную пелену...
...Вот скупые строчки из официальной "истории болезни": Интенсивный пучок протонов высокой энергии поперечным размером 2х3 мм прошел по траектории: затылочная область головы - медиобазальные отделы левой височной области - пирамида левой височной кости - костный лабиринт среднего уха - барабанная полость - челюстная ямка - ткани левого крыла носа. Радиационная доза на входе - 200000 рентген, на выходе больше за счет рассеяния на материале - 300000 рентген...
...Сейчас лишь округлые шрамы на голове Бугорского (ямка на месте левой ноздри и такая же на затылке) показывают место пучкового удара. Конечно, сказать, что никаких последствий нет, было бы большим преувеличением. Полностью потерян слух на левое ухо, лишь остался какой-то непрекращающийся малоприятный внутренний звон. Был период, когда участились эпилептические приступы, даже с потерей сознания (к счастью, во всех случаях - дома или на работе, когда могли помочь), потом "отпускало", чтобы вновь возвратиться. Полной психоневралгической картины и тем более прогнозов врачи дать не могут. Но интеллектуальные способности практически не пострадали, лишь утомляемость от умственной работы заметно возросла...
Впервые опубликовано: газета "Известия"– 23 января 1998 г.

Дополнительная информация:
Все время, прошедшее после публикации в «Известиях», я продолжаю, несмотря на растущие трудности со здоровьем, работать в ИФВЭ в качестве главного координатора ускорительного времени. Это, в основном, научно-организационная работа, состоящая в планировании и проведении физических экспериментов на ускорителе У-70, в том числе и с участием в них зарубежных физиков. Жизнь продолжается.
Наиболее трудными и болезненными оказались проблемы в социальной сфере, создаваемые (как и всюду в России) со стороны чиновничества. С 1995 года я был признан инвалидом 3-й группы (с 40-процентной утерей трудоспособности). По моей оценке, в настоящее время потеря трудоспособности составляет никак не меньше 60%. Продолжаю наблюдаться как у местных врачей, так и у медиков московской клиники №6 (чл.-корр. РАМН А.К. Гуськова, профессор Ф.С. Торубаров). Вот уже более 5 лет Отделение Федерального Казначейства (ОФК) г. Протвино не производит мне никаких социальных выплат, положенных по «Закону о социальной защите граждан, пострадавших в результате аварийной радиационной ситуации...".
Особенно чувствительным является отсутствие предусмотренных Законом выплат в области оплаты необходимых мне медикаментов, стоимость которых растет из года в год... Все эти годы руководитель ОФК г. Протвино И. Смирнова грубо, систематически, прямым образом нарушает «Закон о социальной защите…», не прекращая издевательства надо мной и Законом даже вопреки поданному официальному протесту прокуратуры г. Протвино. Яркий пример, на мой взгляд, того, как бюрократы-чиновники не только считают себя, но и оказываются сильнее Закона.
А.П.Бугорский , 2003 г.

[ivanij]

 Хорошо помню эту публикацию. Что ж, человеку колоссально повезло. Про таких говорят, что судьба бережёт их для великих дел. Так, если не ошибаюсь, про М.И.Кутузова сказал его лечащий врач, когда лечил от второго ранения в голову. Голова у М.И.Кутузова была дважды насквозь прострелена. Это если не считать сравнительно лёгкого ранения в щёку картечью при Аустерлице. 

[VimanaPro]

Дополнительная информация:

Тут как бы картинка

На ней горизонтальная черта пролёта частицы раз в год через квадратный метр (аккурат реакторчик). Энергия частицы - 10¹⁶ eV. Проектная энергия пучка УНК - 3000 Гэв или 3*10¹² eV (У-70 - 70 Гэв). Делим одно (КИ) на другое (УНК/У-70) - получаем соответственно 3 333 и 142 857 пучков.

Что касается Протвиновских энергий, то картинка даёт пролёт такой частицы через квадратный метр каждую секунду. Можно контраргуметировать Apollo, что ничего не случится, авось пронесёт ...

[ivanij]

 Авось? Да, это по-нашенски, по-простецки. Однако такие вещи как источники излучения требуют деликатного обращения, и на русский "авось" здесь надеяться нельзя.