Ядерная энергия и космос

[sharp]

Тут кто-то упоминал мюонный катализ.  Так то интересная штука. Чет я отстал от жизни по ходу )))

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8E%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7

Интересная, но там написано, что производство мюона расходует больше энергии, чем энерговыход... А если намек был на мюоны космических лучей, так их плотность слишком мала, даже в космосе нет большого смысла их ловить.

[crazy_terraformer]

Газовые турбины выходит можно использовать для охлаждения башенных СЭС и металлургических производств, как последний контур системы охлаждения. С помощью них можно уменьшить площадь и массу радиаторов, и массу теплоносителя.

[crazy_terraformer]

AlexAV можете прокомментировать следующую цитату:

О способе прямого электроионизационного преобразования ядерной энергии в электричество: суть способа такова. Когда ядро урана или плутония разваливается на осколки, эти осколки являются не нейтральными частицами, а многозарядными ионами. Величина их заряда составляет около +20 (двадцатикратно ионизированные). Следовательно, при движении в газовой среде такой осколок будет производить ионизацию встречающихся на своем пути молекул и атомов газа. И львиная доля кинетической энергии осколка уйдет на ионизацию. Если этот газ мы поместим в электрическое поле, тогда положительные ионы будут двигаться в одном направлении и оседать на одном электроде, а электроны и отрицательные ионы будут двигаться в противоположном направлении и оседать на другом электроде. Между электродами возникает разность потенциалов. И при их соединении по цепи пойдет ток.
Расчеты показали, что при удельном энерговыделении 2 МВт/куб.метр (это характерно для газоохлаждаемых ядерных реакторов), давлении смеси UF6+He порядка 50 атм и входной температуре 400 градусов Цельсия кпд такого способа может достигать 40-50%. Конечно, наложение внешнего электрического поля на частично ионизованный газ и движение отрицательных и положительных зарядов газа в разных направлениях сопровождается затратами энергии.
Но, как оказалось, эти затраты при правильно выбранных условиях не превышают 3-5% от общего энерговыделения.

Взял сие творение из статьи по ссылке https://professionali.ru/Soobschestva/it-specialisty/atomnye-batarejki/, товарищ который её написал, похоже сам нашёл где-то эту цитату и вставил в свой текст.

[Vavanzer]

http://econet.ru/articles/130458-holodnyy-sintez-mif-i-realnost#

 Немного о "мракобесном" холодном синтезе.  Интересно то что в конце описывают, только не понятно, правда это или нет. нигде никаких расчетов адекватных не приводят ,в частности об энергетике процесса и расчете расхода топлива.

"27 декабря на сайте E-Cat World была опубликована статья о независимом воспроизведении реактора Росси в России."

http://maxpark.com/community/5654/content/2143537
тут сам автор пишет. http://www.unconv-science.org/pdf/1/parkhomov-ru.pdf

[библиограф]

 С ядерными реакторами для космических применений всё в порядке - достаточно взглянуть
на разработки полувековой давности:
http://tnenergy.livejournal.com/12275.html
http://engineering-ru.livejournal.com/351937.html
Последний КА с ЯЭУ на борту запустили в СССР в 1988 году! (Космос-1932, 2,5 кВт, а всего запущен 31 спутник с подобными ЯЭУ)
http://www.sdelanounas.ru/blogs/29489
http://poisk.livejournal.com/505420.html

[Vavanzer]

Я чет заинтригован относительно новыми работами по холодному синтезу. Как то все правдоподобно стало выглядеть, не то что раньше писали авторы-отщепенцы всякие. 

Есть желающие воспроизвести опыт? Статейка Пархомова оч доходчивая. Научным мракобесием как то не пахнет вовсе. 

http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st6930.pdf

"После публикации отчета экспертов о работе последнего варианта реактора Росси в
общих чертах прояснилось его устройство и стало, наконец, возможным его
воспроизведение. Этот реактор, по сути, просто запечатанная жаростойким цементом
керамическая трубочка, в которой находится порошок никеля с добавкой алюмогидрида
лития Li[AlH4]. Для инициации процесса трубочку необходимо нагреть до температуры 1200
– 1400 оС."

 А в конце этой работы много ссылок на другие эксперименты  по теме ХЯС.
http://www.unconv-science.org/pdf/1/parkhomov-ru.pdf

и еще ссыль http://www.lenr.seplm.ru/

[библиограф]

 Библиотечка по LENR:

http://lenr-canr.org/index/menu/menu.php

[Vavanzer]

Библиотечка по LENR:

http://lenr-canr.org/index/menu/menu.php

Если все это работает, то можно попробовать поискать какие- нибудь революционные прямые способы генерации электроэнергии в процессе синтеза, чтоб избавиться от механических методов.

[Vavanzer]

Вот еще статья по теме.
http://realstrannik.ru/forum/19-svobodnaya-energiya/68216-ivan-stepanovich-filimonenko-i-xolodnyj-yadernyj-sintez.htm

Остановка полетов на Юпитер и Марс вызвала гнев академиков, которые разрабатывали проекты ядерных энергоустановок для этих программ. Была организована травля Филимоненко, которая закончилась полным отстранением его от работы. Но он успел доложить в ЦК и правительство о масштабах радиационного заражения окружающей среды за счет работы ядерных и тепловых электростанций и опасности для всего человечества в случае продолжения испытаний ядерного оружия. Но никаких мер по защите от радиации принято не было, ни в Советском союзе ни в других ядерных державах. Хотя уже через несколько лет после проведенных в атмосфере ядерных взрывах в СССР было проверено содержание радиоактивных веществ в воздухе, земле, пище и организме людей. А данные были таковы: выяснилось, что территория Советского Союза, атмосфеа и продукты питания загрязнены радиоизотопами, которые в костях детей в СССР накапливаются в четыре раза быстрей, чем у детей в других странах. В килограме хлеба оказалось в двое больше радионуклеидов, чем в литре молока, но эти сведения были засекречены. А сам Филимоненко, после того как он высчитал, что каждый блок каждой атомной станции, даже при работе в безаварийном режиме ежегодно вырабатыает около 10 000 000 Кюри радиоактивных веществ, например радиоактивный газ криптон-85, который выбрасывается в атмосферу, был обвинен в подрывной деятельности против ядерных программ и был посажен в тюрьму на 6 лет.

[Крупин]

О способе прямого электроионизационного преобразования ядерной энергии в электричество: суть способа такова. Когда ядро урана или плутония разваливается на осколки, эти осколки являются не нейтральными частицами, а многозарядными ионами. Величина их заряда составляет около +20 (двадцатикратно ионизированные). Следовательно, при движении в газовой среде такой осколок будет производить ионизацию встречающихся на своем пути молекул и атомов газа. И львиная доля кинетической энергии осколка уйдет на ионизацию. Если этот газ мы поместим в электрическое поле, тогда положительные ионы будут двигаться в одном направлении и оседать на одном электроде, а электроны и отрицательные ионы будут двигаться в противоположном направлении и оседать на другом электроде. Между электродами возникает разность потенциалов. И при их соединении по цепи пойдет ток.
Расчеты показали, что при удельном энерговыделении 2 МВт/куб.метр (это характерно для газоохлаждаемых ядерных реакторов), давлении смеси UF6+He порядка 50 атм и входной температуре 400 градусов Цельсия кпд такого способа может достигать 40-50%. Конечно, наложение внешнего электрического поля на частично ионизованный газ и движение отрицательных и положительных зарядов газа в разных направлениях сопровождается затратами энергии.
Но, как оказалось, эти затраты при правильно выбранных условиях не превышают 3-5% от общего энерговыделения.

Взял сие творение из статьи по ссылке https://professionali.ru/Soobschestva/it-specialisty/atomnye-batarejki/, товарищ который её написал, похоже сам нашёл где-то эту цитату и вставил в свой текст.

Жуткий маразм. Положительные ионы притянутся к отрицательному полюсу, а отрицательные - к положительному. Такая, с позволения сказать, "батарёя" будет только вредить, разряжая внешний источник напряжения. Источником питания сиё устройство было бы, если б положительные ионы двигались к плюсу, а отрицательные - к минусу. Но ведь самопроизвольно они туда не побегут.

[AlexAV]

Взял сие творение из статьи по ссылке https://professionali.ru/Soobschestva/it-specialisty/atomnye-batarejki/, товарищ который её написал, похоже сам нашёл где-то эту цитату и вставил в свой текст.

Крупин чуть выше уже написал.

Это какая-то глупость. Нарисованная схема никаких механизмов конвертации энергии иона, затраченной на ионизацию, во что-то полезное не содержит. Если просто приложить к газу электрическое поле, то в газе действительно в этом случае пойдёт ток, вот только он будет расходовать энергию, а не производить. Такое впечатление, что безграмотный журналист пересказывает какую-то реальную схему прямого преобразования (возможно через фотопреобразование, о чём будет сказано ниже), но переврал всё на столько, что изложенное потеряло всякую связь с объектом рассказа.

Вообще схемы прямого преобразования ядерной энергии в электрическую существуют (по крайней мере рассматриваются теоретически), но работают по-другому. В них осколок, двигаясь по среде (в газе или жидкости), порождает возбуждённые состояние молекул газа, которые затем высвечивают энергию возбуждения в виде излучения. А далее это излучение используют или непосредственно (например лазеры с ядерной накачкой), или оно может быть преобразовано в электричество фотопреобразователями. Во втором случае правда как источник возбуждения среды рассматриваются как правило не осколки деления, а радиоизотопы. При деление генерируются нейтроны от которых трудно защищаться, а полупроводниковые приборы нейтроны очень не любят. Кратко об этом методе преобразования можно посмотреть в этой статье: http://www.tfd.chalmers.se/~valeri/Mars/PhotoVoltaicBattery.pdf

Из методов прямого преобразования есть ещё бетавольтаический эффект. Но, как следует из названия, он работает только для бета-активных изотопов, при этом изотоп помещается в полупроводниковую структуру, и быстрый электрон, образующийся при его распаде, обеспечивает генерацию по механизмам похожим на те, которые имеют место в фотоэлементах. Аналогично возможно в принципе преобразование рентгена и гамма-излучения (какая разница откуда берётся быстрый электрон, при распаде радиоактивного ядра или в следствие фотоэффекта при поглощение высокоэнергетического фотона). Минус такого преобразователя - очень низкий КПД (на практике 5% - уже достижение) и быстрая деградация полупроводниковой структуры в том случае, если энергия первичного электрона очень велика (что вынуждает использовать изотопы с очень малой энергией распада, всего несколько кэВ, т.е. тритий, Ni-63 и т.д., скажем тот же Sr-90 уже не годится, бета-частицы с энергией 0,55 и 2,2 МэВ очень быстро разрушают любую существующую полупроводниковую структуру).

[AlexAV]

E-Cat World была опубликована статья о независимом воспроизведении реактора Росси

Давайте не будем здесь об этом мошеннике.

даже при существующем экспериментальном количестве циклов выделяемая энергия ( 250 × 200 МэВ = 50 ГэВ ) превысит потребляемую,

В акте синтеза (а эффективно катализируется только одна реакция, т.е. D+T) выделяется 17,6 МэВ. Так что 250 актов синтеза получение мюона не окупает. Откуда возникла цифра 200 честно говоря не понятно (гибридная схема синтез-деление, где термоядерный нейтрон делит уран в бланкете?).

Речь не идёт о мюонном катализе на веществе с атомной массой 1-3, а на веществе с атомной массой более 150.

Таких реакций мюонного катализа не существует в природе.

[AlexAV]

То есть к.п.д. мюонных фабрик в 2-5 % полностью согласуется с Вашей

Эта цифра для данного иона  и мишени проистекает из сечений рождения пионов (источником мюонов является распад отрицательного пиона), а также побочных процессов (кулоновского торможения, упругих и множества неупругих процессов рассеяния на ядрах и т.д.). Т.е. наборами констант, на которые невозможно повлиять. При этом все разумные сочетания  ускоренного иона и мишени уж перепробовали, так что тут маловероятно, что удастся что-то значимо улучшить.

The fission of one atom of U-235 generates 202.5 MeV

А какая связь мюонного катализа с ураном-235? Мюон эффективно катализирует только одну реакцию, т.е. D+T = He-4 + n, даже для других реакций с лёгкими ядрами он как катализатор синтеза неэффективен (из-за высоких значений коэффициента прилипания). Какие-то реакции с тяжёлыми ядрами он не может катализировать и вовсе (по крайней мере такие неизвестны и к этому нет никаких предпосылок).

достаточно крошечных ментальных усилий и нуклео-профи не составит труда расписать циклическую реакцию мюона с тем же U-235

Глупость. Никакой циклической реакции с участием мюона, способной что-то сделать я ядром урана, нет и для её существования нет никаких физических предпосылок. Мюон будет быстро захватываться на низколежащий уровень у урана, где быстро погибнет или в результате K-захвата (при этом правда U-235 перейдёт в одно из высоковозбуждённых состояний Pa-235, которое так или иначе будет сбрасывать это возбуждение, испуская нейтроны, гамма кванты, другие частицы, с некоторой вероятностью может и произойти и деление, но мюон при этом конечно же высвобождаться не будет, так как к этому моменту он уже погиб в процессе p + \mu = n + \nu_{mu} в следствие собственно которого возбуждённое ядро протактиния и возникло) или в результате распада.

[AlexAV]

Вы сейчас меня очень-очень сильно ... "удивили" ( примерно также как и вопрос "зачем ?" в разговоре с профи по нейтронным звёздам после вопроса: "учитывается в модели эволюции нейтронных звёзд радиальная переменность коэффициента компактности" ), далее не вижу смысла в моих дальнейших ответах и пояснениях

Да, нет. Это Вы здесь какой-то альтернативный бред несёте.

При взаимодействие тяжёлых ядер с мюоном доминирует цепочка (в примере U-235 пишу, но ядро может быть и другим):

U-235 + мюон = U-235-мюон (связанное состояние) = Pa-235* (возбуждённое) + нейтрино (при этом большая часть энергии реакции уносится нейтрино) = (различные каналы снятия возбуждения с Pa-235) = Pa-234 + n
                                                                                                                                                                                                                                                  = продукты деления
                                                                                                                                                                                                                                                  = .... (ещё множество каналов)

Для ядер до свинца преобладает первый. Т.е. с испусканием нейтрона. Для актиноидов он будет конкурировать с делением. Точные вероятности надо искать.

Помимо этого естественно остаётся канал с распадом мюона в мюонном атоме в электрон. Для тяжёлых ядер его вклад невелик, но заметен, порядка нескольких процентов. О механизмах взаимодействия мюона с ядром можете посмотреть скажем в этой работе (http://www1.jinr.ru/Archive/Pepan/1977-v8/v-8-2/pdf_obzory/v8p2_1.pdf). Там речь правда скорее о более лёгких ядрах, но различи тут не принципиальное, только в способах сброса возбуждения образующемся при захвате ядром.

Ваши же высказывания настоятельно прошу подкрепить источниками откуда они почерпнуты или прекратить засорять тему  взятым с потолка бредом, не имеющим отношения к физической науке. 

[sharp]

Вообще схемы прямого преобразования ядерной энергии в электрическую существуют (по крайней мере рассматриваются теоретически), но работают по-другому.

А что скажете про преобразование, которое рассматривалось здесь? Для радиоизотопного генератора.
Так понимаю, суть в том, что альфа-частицы долетают на анод за счет собственной кинетической энергии, создавая таким образом разность потенциалов. Мысль интересная, но кроме как в этом обсуждении нигде на такой метод не натыкался

[библиограф]

Вы просто неосведомлены о том, что в Кавендишской лаборатории ученик Резерфорда
 Генри Мозли ещё в 1913 году изобрел первую изотопную батарею, в ней использовался радий,
(20 мг) помещенный в ампуле в  центре вакуумированной колбы, альфа-частицы задерживались,
бета- проходили сквозь стекло и заряжали отрицательно проводящие стенки колбы.
Разность потенциалов достигала 9000 вольт, ток же совершенно ничтожный - доли микроампера.

[AlexAV]

далее гуглите время жизни, например, мезоатома свинца

Приблизительно 70 нс. И? А далее он гибнет (преимущественно) в результате К-захвата по тем механизмам о которых я сказал выше, большая часть энергии при этом уносится нейтрино, а меньшая остаётся в виде энергии возбуждения образующегося ядра таллия (15,4 МэВ в среднем). После этого возбуждённое ядро таллия излучает некоторое количество гамма-квантов, а также один или два нейтрона (есть и другие каналы, но они менее вероятны) (B. Macdonald, J.A. Diaz, S.N. Kaplan, R.V. Pyle, Phys. Rev. B. 1965. V. 139. P. 1253). Вероятности каналов снятия возбуждения без излучения нейтронов - 34,8%, с излучением излучением одного нейтрона - 47,9%, двух - 13,7%. В среднем излучается 1,64 нейтрона.

Собственно, об этом я уже писал выше.

[AlexAV]

отличие мюония на лёгких и тяжёлых ядрах заключается в расположении мюона относительно ядра: снаружи для лёгких и внутри для тяжёлых rμ = 5,3×10-11/(207×Z);

Вопрос существенный для расчёта энергетического спектра уровней и вероятностей K-захвата. Но в данном контексте всё это совершенно не важно. Мюон захваченный атомом сильно тяжелее водорода с подавляющей вероятностью вступает в реакцию (Z\mu,(Z-1)*\nu), с небольшой, но не нулевой, распадается в электрон и два нейтрино. А уж происходит это за 537 нс как в аргоне, или 73 нс как в свинце - малосущественно.

[Vavanzer]

Вы просто неосведомлены о том, что в Кавендишской лаборатории ученик Резерфорда
 Генри Мозли ещё в 1913 году изобрел первую изотопную батарею, в ней использовался радий,
(20 мг) помещенный в ампуле в  центре вакуумированной колбы, альфа-частицы задерживались,
бета- проходили сквозь стекло и заряжали отрицательно проводящие стенки колбы.
Разность потенциалов достигала 9000 вольт, ток же совершенно ничтожный - доли микроампера.

А что мешало побольше радия затолкать? Иль масштаб батарейки увеличить?

Кстать, при альфараспаде, куда деваются лишних 2 электрона в ядре?  Судя по всему они не захватываются частицами.

[AlexAV]

термофотовольтаики...

Термофотовольтика -очень интересна в этом плане.  В сущности "лампочка" в виде тугоплавкой ампулы с радиоизотопом, отражающий светофильтр и фотоэлементы, преобразующие тепловое излучение в электричество. Сама по себе система может быть весьма лёгкая (ампула весит практически столько же сколько изотоп-источник энергии, фильтре - тонкое стекло с покрытием, мощность фотоэлементов может составлять в такой системе до 10 Вт/см2, что тоже не мало) с довольно высокой удельной мощностью и приемлемым КПД (до 25%). Что касается минусов, то очевидные минусы для космического применения:

- всё же больше подходит для РИТЭГ, с реактором её сочетать будет сложно, уж очень полупроводники нейтроны не любят, а защищаться от них нет так просто;
- рабочая температура полупроводниковых преобразователей должна быть не выше комнатной, узкозонные полупроводники при повышенных температурах работают плохо, для них вообще чем холоднее - тем лучше, а это сразу сильно обостряет проблему с холодильников. В космосе тепло можно сбрасывать только излучением, и эффективность этого процесса ~T⁴. Т.е. реальные перспективы здесь очень зависят от технически достижимых характеристик капельных радиаторов (на другие типы здесь уж точно надежды нет).

А вот для планеты с холодной и плотной атмосферой (ровер для Титана, какой-нибудь зонд в атмосфере планет-гигантов) - интересно в двойне  (т.к. снимается один из самых больных вопросов - охлаждение).

О некоторых аспектах таких преобразователей (не для космоса, но в любом случае интересно) говорится скажем в этой статье: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/5599