КВС в космосе

[alex_semenov]

AlexAV!!!
Как к богу обращаюсь!
Вы - моя надежда!
 
Сегодня, "одев сапоги на свежую голову" придумал пару идей...
Поэтому возник еще один вопрос от глупого дилетанта.

Толкатель должен быть непрозрачен для 20 Кэв рентгена  по всей своей толщине?  А нельзя его сделать, скажем так, композитным? То есть основная, аблирующая масса из чего подешевле (железа) но, скажем,  по всей толщине стали с небольшим шагом h концентрическими солями сделать относительно тонкие прослойки отражатель рентгена из дефицитного материала с большим Z.   Скажем, в пропорции 1/1000 по массе (или на худой конец по объему). Обхитрить мать природу. Нам же нужна непрозрачность только в радиальном направлении?
Не сработает?

[alex_semenov]

Возвращаться всё же придётся. Вы выражали сомнение в возможности отцеживания свинца из продуктов взрыва для рециклинга в бомбах. После уточнения конструкции котла к этому вопросу можно будет вернуться, чтобы утрясти вопрос с материалом толкателя. Что может вынудить снова пересчитывать конструкцию котла
А правда, почему свинец из котла будет так трудно извлечь? Он же никуда оттуда не девается, он же там накапливается.

Да. Я выражал сомнения. Но теперь я сторонник этой идеи. Я пытаюсь прямо сейчас ее  посчитать...
Параметры котла примерно уже определены законами термодинамики. Их просто надо утвердить (проделав иные расчеты, скажем, импулса ударной волны, прикинуть динамику теплоносителя при взрыве, возможно сделать кое-какие поправки. Но основные параметры либо останутся теми-же, либо идею надо списывать).
Главная засада для этой идеи, как я думаю, - теплоноситель внутри котла. Квазижидкость из маленьких стальных раскаленных частичек. Его по массе очень много 10^17 кг. Часть его будет испаряться взрывом, потом конденсироваться опять на частичках… Процессы будут идти очень сложные. Черт ногу сломает.
Почему сборка испарившегося свинца мне не нравилась раньше? Не хотел лезть в эти дебри. Я полагал, что свинец просто растворится  в парах железа и осядет примесями на частички теплоносителя. Там может быть еще масса всяких хитрых неприятных цепочек событий, которые будут уводить свинец из атмосферы котла. До стенок, я полагал, ничего не дойдет. Да и котел огромен 270 км в диаметре!
Но теперь, если проблему толкателя никак нельзя хитро решить,  я решил присмотреться к вопросу рициклинга повнимательней. Как к последнему выходу.
И вот что сразу пришло на ум. Первое. В котле температура держится вокруг 1500 К! Это надо использовать. Наш толкатель не должен КОНДЕНСИРОВАТЬСЯ!
Я  сразу бросился в справочники. Температура кипения свинца 2022 К. То есть, не годится (хотя это же вроде при нормальном давлении? Надо прикинуть для сверхнизкого.). Но в этом смысле сразу  интересна ртуть. У нее температура кипения 630 К
То есть, наша задача, что бы толкатель после испарения  остался в газообразном состоянии и не абсорбировался твердым (и конденсирующимся) теплоносителем. Надо просто подобрать материал с большим Z и низкой температурой испарения.  Ртуть-первое что пришло на ум. Но может что-то еще найдется попрактичней?
Но опять же. Нет расчета - нет идеи!

[AlexAV]

Вопрос дилетанта что такое Ry?

Постоянная Ридберга Ry = 13.6 эВ

То есть, наша задача, что бы толкатель после испарения  остался в газообразном состоянии и не абсорбировался твердым (и конденсирующимся) теплоносителем. Надо просто подобрать материал с большим Z и низкой температурой испарения.

Жидкий ксенон (всё равно у нас дейтерий криогенный).

Точно не конденсируется.

[alex_semenov]

Вот смотрите. Первая прикидка по рициклингу толкателя из обьема.
Пускай во взрыве испарилось 25 000 000 кг некого дефицитного материала с большим Z.

Котел имеет диаметр 250 км. Объем ~1E+16 м3. Теплоноситель тут занимает очень мало места (несколько километров кубических.) можно не учитывать его объем. Пространстов, считай пустое.
Какая концентрация будет у испарившегося материала, при условии, что дефицитный материал не абсорбируется теплоносителем (хотя у того поверхность для этого просто чудовищная!) и равномерно распределена по пространству котла?
Получаем 2,4E-09 кг/м3 или 2.4 тысячных миллиграмма/м3. Это в принципе можно добывать?
Хотя тут нужно, наверное прикинуть, скажем накопление за сутки. Это 57 тысячных… За месяц работы реактора материала толкателя в вакууме камеры (если не извлекать) накопится уже 0,00172 г/м3.
Теперь можно и попробовать отсасывать как-то?
Прикидываем. Нам надо в час отбирать 25 000 000 кг (тогда мы замкнем цикл). Это значит нужно собирать за час материал, находящийся в объеме… 1,45436E+13 м3. Если это представить как шарик, то шарик будет диаметром 30 км. Но собирать мы можем только у поверхности котла.
Вся поверхность котла (учитывая что диаметр ~  270 км) составляет 2,315E+11 м2. Если мы абсорбируем материал всей поверхностью котла (хотя это немыслимо) то плучаем отсасываемый в час слой почти вакуума…  62 метра… Разумеется отсасываться все это будет только местами.  Но все равно у нас дополнительная техническая проблема. Хотя можно же подождать пока в реакторе накопится еще большая плотность толкателя! Скажем, за 6 месяцев, за год.
За год, это сколько нужно этого материала в реакторе испарить? 2,19E+11 кг… Гм…
В общем, в принципе, наверное, все это можно организовать...
Надо посчитать еще давление... Я думаю, если правильно выбрать материал теплоносителя толкателя и он не станет абсорбироваться в теплоносители (не сильно будет), то при накоплении его в котле в виде газа, он сам потечет из него под давлением. Кстати вместе с водородом из распавшихся угле-водородов светового канала... А вот углерод, видимо осядет в теплоносителе...
Интересно, ртуть с горячим железом как реагирует?

[alex_semenov]

Жидкий ксенон (всё равно у нас дейтерий криогенный).

Да, конечно. Тут пойдут в ход самые необычне, непривычные решения.
А что с композитным толкателем? Совсем дурная идея?

И еще, вопрос заданный раньше о толщине толкателя.
Можно примерно (хотя бы порядок) оценить толщину толкателя (скажем кг/м2) хотя бы для последней ступени в ~30 м диаметром? Что бы точно знать что не ошиблись с массой! Что бы хотя бы закрыть вопрос конструкции и массы изделия.

[Андрей Курилов]

Жидкий ксенон (всё равно у нас дейтерий криогенный).

Ртуть лучше тогда уж.

[alex_semenov]

Жидкий ксенон (всё равно у нас дейтерий криогенный).

Ртуть лучше тогда уж.

Гм... Ксенон все же лучше. Это же инертный газ! То есть, почти гарантия, что он не будет нигде в теплоносителе абсорбироваться, связываться. Ртуть тоже хороша. Но она все же и окисляется и вступает в реакции. Ксенон же гарантировано никуда утекать не будет.
Вопрос теперь, как часто он встречается в космосе? Разумеется в отношении к актиноидам. Это, как я знаю, часто продукт радиоактивного распада. Но он где-то встречается в космосе в заметных следах? Нам могут понадобится  E+11 - E+12 кг ксенона для того чтобы только замкнуть цикл его использования по кругу!
В сравнении с массой основного тела (10^19) это на 7 порядков меньше. Но это все равно очень много. Нет?


ЗЫ E+11 нам надо, если накапливать давление ксенона в котле год. А если месяц - то ~E+10 кг. То есть уже 8 порядков... Полегче.  И это при том что на взрыв нам надо 25 000 000 кг ксенона-толкателя. И тут я мог ошибиться вверх на  порядок (два не выйдет никак!).
Хотя для рициклинга нет разницы СКОЛЬКО мы используем на один взрыв...
Но это, видимо, весь возможный для нас "люфт".

[Андрей Курилов]

Вопрос теперь, как часто он встречается в космосе?

Только если в выхлопах ионников 

[alex_semenov]

Вопрос теперь, как часто он встречается в космосе?

Только если в выхлопах ионников 

А вы зря шутите!
Давайте возьмем нашу альфу и омегу...



Ксенон тут есть. Xe. Видно, что он где-то на уровне 0. А железо где то на уровне 6. То есть "всего" шесть порядков разницы. А нам можно 7 (я беру массу тела 10^19 и потребность в ксеноне с явным запасом 10^12). То есть, шанс что все получится - очень даже есть.
Хотя конечно, это "гладко было на бумаге…"
Ксенон благородный газ и в связанном виде - явление невозможно. А значит его наверное можно добывать только через "sky mining", черпая атмосферы гравитационных ям…

[vika vorobyeva]

Удалила оффтопик про кота и теплоноситель.
С русским языком все-таки лучше дружить.

[Инопланетянин]

Какая концентрация будет у испарившегося материала, при условии, что дефицитный материал не абсорбируется теплоносителем (хотя у того поверхность для этого просто чудовищная!) и равномерно распределена по пространству котла?

Извините, а почему это он будет равномерно распределён по всему объёму котла? Это же ядерный взрыв чудовищной мощности, весь материал по стенкам котла размажет, ударная волна будет. Свинец (этот точно) осядет на стенках. Ртуть и тем более ксенон хотя и побывают у стенок (концентрация уже выше) но они действительно могут отразиться и заполнить объём. Впрочем последующие взрывы их всё равно будут прижимать к стенкам. Считать, думаю, надо прежде всего концентрацию материала у стенок.

[Dem]

Свинец и ртуть - будут иметь мало шансов вылезти из центра взрыва, не нахватавшись нейтронов по самое немогу.

[alex_semenov]

С русским языком все-таки лучше дружить.

Лучше!
 
Но... как-то не складывается... временами…
 

Господа (и дамы)!
А не хотите ли задачку? "Школьную" Для души!

Нашел, приступив к расчету реактора.

У нас есть сфера радиусом R.
Мы ее наполняем маленькими частичками (ну очень маленькими) и сообщаем им всем заряд Q (поэтому размер частичек, число - не важно). Ясно, что частички начнут друг от друга отталкиваться, создавая подобие электростатического квазигаза.
Возникнет некое давление внутри этой сферы.
А каково значение  P, этого давления? Как посчитать P,  зная Q и R?

Классная задача?

Я тут нашел для нее очень простое решение. Сведением одной задачи к другой, уже решенной.
Давление в среде легко найти через школьную формулу работы:



Работа A, это изменение энергии E,  и она равна потенциалу облака  U  при расширении его на бесконечность. Работа = сила F на путь L , а давление это сила на площадь S… или давление на объем. Все просто. Объем  сферы мы считать умеем.



Как посчитать статический потенциал такого облака?
Вот это - самое интересное.
Закон Кулона -  это аналог закона всемирного тяготения. Только там заряды, а там массы, там  гравитационная постоянная, а там  k. Гравитация направлена в центр, а сила рвущая облако  - наружу. То есть грав. потенциал отрицательный, а статический - положительный. И все различие.
Самое прикольное. Мы уже решали такую задачу. Помните, мы взрывали Землю? Мы высчитывали энергию, которую надо потратить чтобы  сферу массой М растащить на бесконечность (и в первый раз тренировались пользоваться формулами LaTex).

Ведь работа по удалению массы Земли из гравитационной ямы на бесконечность - это и есть наш искомый потенциал для облака! Один в один!
То есть: По аналогии:



Отсюда давление внутри сферы:



(я расписал k  для СИ)

Логичное решение?

[alex_semenov]

Извините, а почему это он будет равномерно распределён по всему объёму котла? Это же ядерный взрыв чудовищной мощности, весь материал по стенкам котла размажет, ударная волна будет. Свинец (этот точно) осядет на стенках. Ртуть и тем более ксенон хотя и побывают у стенок (концентрация уже выше) но они действительно могут отразиться и заполнить объём. Впрочем последующие взрывы их всё равно будут прижимать к стенкам. Считать, думаю, надо прежде всего концентрацию материала у стенок.

Это все "на глаз". Интуитивно. А посчитать не пробовали?
Я уже начал…
Уверяю вас! Будете во многих случаях удивлены.
Получите массу оргазмов!

Но это вы, как я понял, хотите уже  перейти к реактору.
А мы с боНбой, вроде, не закончили.
Или закончили?
Больше комментариев по конструкции бомбе не будет?
Жаль!


И что, в итоге?
Оставляем все как я посчитал, но меняем "железо" на ксенон той же массы что и железо (кг/м2)? Кстати. Не заправленная  дейтерием и ксеноном бомба, будет весить всего 3 800 тонн (если световой канал сделать из плотного пенопласта 50 кг/м3).
Потом она как ракета заправляется всякой криогенкой и.... старт!
Красота!!!
 

Но не  решены ВСЕ  возникавшие вопросы.
Как бомба переживет полет сквозь горячую мантию из квази-газа теплоносителя нагретого до 1500 К?
А вдруг тут есть засада?
Надо считать и это!
Летать, так летать! Считать, так считат!

[Инопланетянин]

Но это вы, как я понял, хотите уже  перейти к реактору.
А мы с боНбой, вроде, не закончили.

Нет, это я всё ещё про бомбу и круговорот толкателя. Не будет, значит, у стенок концентрироваться? Гм…

[Andrew Gontchev]

.

У нас есть сфера радиусом R.
Мы ее наполняем маленькими частичками (ну очень маленькими) и сообщаем им всем заряд Q (поэтому размер частичек, число - не важно). Ясно, что частички начнут друг от друга отталкиваться, создавая подобие электростатического квазигаза.
Возникнет некое давление внутри этой сферы.
А каково значение  P, этого давления? Как посчитать P,  зная Q и R?

"Давление" будет изменяться по радиусу сферы по нелинейному закону. Решите просто: трубка бесконечно малого диаметра и заряды по ее длине - потом интеграл по объему. 

[Кремальера]

Как бомба переживет полет сквозь горячую мантию из квази-газа теплоносителя нагретого до 1500

Судя по вашим исходным данным,замечательно переживет.Она же почти сферическая,да на криогенной гадости,ну и с оболочкой проложенной каким-нибудь упрочненным пенополистиролом ,с полированной хромированной пленкой.
Вообще конечно,любой уважающий себя Леонардо,по идеее,должен все-таки построить свой деревянный танк.А посему "бонбу" на водице в три ступени и вниз до 100Кт.И в Соледар-устраивать местное землетрясение.

[Andrew Gontchev]

Как бомба переживет полет сквозь горячую мантию из квази-газа теплоносителя нагретого до 1500

Судя по вашим исходным данным,замечательно переживет.Она же почти сферическая,да на криогенной гадости,ну и с оболочкой проложенной каким-нибудь упрочненным пенополистиролом ,с полированной хромированной пленкой.
Вообще конечно,любой уважающий себя Леонардо,по идеее,должен все-таки построить свой деревянный танк.А посему "бонбу" на водице в три ступени и вниз до 100Кт.И в Соледар-устраивать местное землетрясение.

Если мне память не изменяет: водородную боНбу запаляют атомной, атомную боНбу обжимают химической взрывчаткой, типа тротил, тротил детонируют специальным запалом (это я уже хорошо знаю  ) на основе гремучей ртути, которая имеет весьма низкую температуру само-воспламенения. Так что не факт, что пенопласта хватит...

[alex_semenov]

Судя по вашим исходным данным, замечательно переживет.

Гм.. А я вот насчитал проблемку... Там где и не ждал.

С горячим окружением,  температурой - там все ясно. Стальная оболочка в 2 см и зеркальностью 90% нагреется за час пребывания в мантии раскаленной до 1500 К  на 950 градусов. Даже если не будет отдавать тепло внутрь. А если отполировать поверхность, сделать 0.95 и лететь всего 40 минут, то температура оболочки поднимется на  315 градусов. А между оболочкой и зарядами толстенный слой толкателя. Криогенные заряды будут все как у бога за пазухой.

Но я нашел неожиданную проблему в другом месте. Когда я прикинул массу материала, встающей на пути снаряда (того самого квази-газа из мелкой стальной пыли) то получил...  870 000 тонн. В десять раз больше чем имеет массу сам снаряд!
Гм... Придеться пробивать! То есть сообщать снаряду бОльшую скорость чем рассчитана выше. Неприятное открытие.

[AlexAV]

Как ГРУБО оценить необходимую толщину толкателя?

Если грубо и на пальцах, то скорость абляции толкателя ограничена скоростью звука в исходящем флюида, а давление имеет порядок



\rho_a – плотность вещества толкателя.

Скорость потока за сходящейся ударной волной порядка



\rho_0 –плотность невозмущённого вещества заряда (можно принять плотность жидкого дейтерия).

Соответственно толщину слоя толкателя к радиусу заряда можно оценить как:



Т.е. порядка 10% от радиуса сферы.

Нам же нужна непрозрачность только в радиальном направлении?

Естественно.

Толкатель должен быть непрозрачен для 20 Кэв рентгена  по всей своей толщине?  А нельзя его сделать, скажем так, композитным? То есть основная, аблирующая масса из чего подешевле (железа) но, скажем,  по всей толщине стали с небольшим шагом h концентрическими солями сделать относительно тонкие прослойки отражатель рентгена из дефицитного материала с большим Z.   Скажем, в пропорции 1/1000 по массе (или на худой конец по объему). Обхитрить мать природу.

Можно. Но конечно не в 10000 раз. Собственно задача состоит в том, чтобы лучевая теплопроводность была достаточно низка, чтобы ширина теплового предвестника перед фронтом абляции была мала по сравнению с толщиной толкателя. Если мы разбавляем тяжёлый металл лёгким, то лучевая теплопроводность растёт (практически обратно пропорционально содержанию тяжёлого металла), но в ответ на это мы можем увеличить в это же число раз толщину толкателя, тогда отношения толщины предвестника к слою  толкателя не изменится.

Здесь открывается такая возможность. Скажем если слоя в 10 см свинца достаточно для успешной имплозии заряда радиусом R, то делая заряд радиусом 10R, мы можем взять сплав свинца с лёгкой компонентой (или слоистую структуру, как вы предложили, это значения не практически имеет) с содержанием свинца условно только 10%, а остальное заменить лёгкой компонентой. Предвестник станет толще, но ведь и слой стал в 10 раз толще, и мешать он не будет.

Т.е. можно добиться, что с ростом мощности ступени расход тяжёлого металла на неё будет расти не пропорционально мощности, а только степени 2/3 от неё.

P.S. Если свинца в сплаве потребуется меньше 1%. То его можно вообще убрать. Железо тоже поглощает на свободно-свободных переходах. Как раз порядка на два слабее чем свинец.