Návrh a analýza stínění jaderného reaktoru pro elektrický pohon vesmírných plavidel

Abstract

Práce se věnuje návrhům a optimalizaci stínění jaderných reaktorů pro vesmírná plavidla s elektrickým pohonem. Primární zaměření práce je na efektivitu kombinovaného stínění neutronů a fotonů, při minimální hmotnosti stínícího systému. Práce se zabývá fyzikální podstatou, vhodnými materiály, ale i návrhy a optimalizací stínících systémů vesmírných jaderných reaktorů. Nakonec je probráno použití programu Serpent a následně i proveden kombinovaný výpočet transportu částic kulovým stínícím systémem. Z výsledných simulací bylo dosaženo závěru, že návrhy obsahující materiály Mg(BH4)2, Be(BH4)2, BaH2 a Hf(BH4)4 vykazují dobré vlastnosti z hlediska odstínění neutronů a fotonů. Naopak návrhy obsahující Gd vykazovali podle očekávání vyšší tvorbu sekundárního gama záření, nežli ostatní návrhy.

The thesis deals with the design and optimization of nuclear reactor shielding for electrically powered spacecraft. The primary focus of the work is on the effectiveness of combined neutron and photon shielding, with minimum shielding system mass. The thesis deals with the physical nature, suitable materials, as well as the design and optimization of shielding systems for space nuclear reactors. Finally, the use of the Serpent program is discussed, followed by a combined calculation of particle transport through a spherical shielding system. From the resulting simulations, it is concluded that designs containing the materials Mg(BH4)2, Be(BH4)2, BaH2 and Hf(BH4)4 exhibit good properties in terms of neutron and photon shielding. On the other hand, the Gd-containing designs showed higher secondary gamma-ray production than the other designs, as expected.