Ядерная энергия в космонавтике

[Sagan]

то почему нельзя вывозить реакторы отдельно, а  топливо отдельно в супер мега надежных контейнерах,

Кто это делать станет?Государству(мериканскому) это не нужно.А частникам Департамент энергетики оторвет загребущие ручонки,попробуй они за это взяться.

Что мешает частнику переместить фирму в юрисдикцию другого государства, в котором нет запрета на работу с радиоактивными материалами частникам и  которое не подписывало договоров о запрещении реакторов в космосе? 

[cybertron]

Что мешает частнику....

отсутствие денег? Маск не может наскрести денег на разработку обычной ракеты. А вы ему предлагаете профинансировать проект масштаба Манхетенского проекта.

[библиограф]

то почему нельзя вывозить реакторы отдельно, а  топливо отдельно в супер мега надежных контейнерах,

Потому, что это не нужно!
Если реактор не на плутонии, а на уране 235, распыление нескольких десятков килограммов урана в атмосфере вообще
нельзя будет заметить.

[Valerij56]

Большей частью экономические и масс-габартиные. Пока что самый малый мини-реактор мегаваттного класса это "Гиперион". Он весит сорок (!!) тонн. И запуск полноценных реакторов с теплоносителем, насколько я помню, действительно пока запрещён соглашениями. Смысл в этом есть. Если носитель с таким аппаратом в качестве ПН случайно уйдёт за бугор, то будет фукусима. Если запускать, то даже в беспилотном варианте нужна очень хорошая САС.А это, кстати, дополнительная масса не менее десятка тонн: ТТРД, полноценный спускаемый аппарат, абляционный щит, парашюты и т.п. То есть только одна энергодвигательная установка с реактором это полсотни тонн на НОО. Нужен не хилый супертяж для старта этой махины с Земли (старт на самом реакторе не реален по физическим причинам, у него темп теплоотдачи гораздо ниже, чем у ТТРД и ЖРД, и двигатель большой тяги на нём не сделать). Впрочем, если возникнут желание и техническая возможность, соглашения можно и пересмотреть.

 
Здесь всё прекрасно. На самом деле важен не теплоноситель, а запущенный реактор, в реакторе до начала его работы радиоактивности не очень много, но она накапливается при его работе. И, чтобы предупредить возникновения Фукусимы в случае аварии, реактор собирают, но не запускают на Земле, и при запуске оснащают системами, призванными снизить урон. В частности, устройством распыления активной зоны, в которой, повторю, до физического пуска цепной реакции радиоактивности содержится мало.
   
Во вторых, Гиперион никак для открытого космоса не предназначен. В третьих, сорок тонн он весит без радиаторов и систем охлаждения, которые рассчитаны на земные условия. В четвёртых, его аварийная система основана на наличии гравитации - в случае максимальной аварии расплавившаяся активная зона стекает в ловушку, где расположены поглотители нейтронов и цепная реакция прекращается. Таким образом Гиперион может быть прототипом реактора для колонии, но не для межпланетного буксира на ЯЭРДУ
   

Плюс к этому для нормального РИТЕГа нужен глобально дефицитный изотоп плутония. Впочем, НАСА пробила возобновление его наработки.

Да. Впрочем, у нас его производство не прекращалось, и США долго покупали его у нас.

   
Просто обычно сам этот изотоп накапливается при производстве высокообогащённого оружейного урана. Поскольку нет массового производства мощных боеголовок, как в начале ядерной эры, нет и большого объёма производства плутония для РИТЕГов. НАСА потребовалось разрешение Конгресса на создание специального производства ограниченной мощностью.
   
В принципе, в колонии можно использовать какие-то другие, менее дорогие изотопы с альфараспадом. Плутоний позволяет создать необслуживаемые РИТЕГи, работающие десятки лет. Но в колонии их можно обслуживать раз в несколько лет! Это могут быть, например, аварийные источники тепла и небольшой электрической мощности, для резервного питания систем связи и СЖО пилотируемых роверов, например.

[Valerij56]

то почему нельзя вывозить реакторы отдельно, а  топливо отдельно в супер мега надежных контейнерах,

Кто это делать станет?Государству(мериканскому) это не нужно.А частникам Департамент энергетики оторвет загребущие ручонки,попробуй они за это взяться.

   
Не всё так страшно. Запускать загруженные реакторы можно, нельзя запускать "запущенный" или работавший реактор, т.е. реактор, в котором была запущена цепная реакция. До её запуска радиоактивность реактора не велика.
   
Другое дело, что пока частникам это не надо, а получить все необходимые лицензии частные фирмы могут. Соблюдение всех условий дорого, но не невозможно.
   

[Valerij56]

то почему нельзя вывозить реакторы отдельно, а  топливо отдельно в супер мега надежных контейнерах,

Кто это делать станет?Государству(мериканскому) это не нужно.А частникам Департамент энергетики оторвет загребущие ручонки,попробуй они за это взяться.

Что мешает частнику переместить фирму в юрисдикцию другого государства, в котором нет запрета на работу с радиоактивными материалами частникам и  которое не подписывало договоров о запрещении реакторов в космосе? 

   
А вот за это действительно, голову снимут, это нарушение кучи международных договоров о нераспространении ядерного оружия и ракетных технологий.

[Dem]

А вот за это действительно, голову снимут, это нарушение кучи международных договоров о нераспространении ядерного оружия и ракетных технологий.

Есть несколько государств у которых эти технологии уже есть.

[Andrey_Samoilov]

Для архива:

Конгресс США одобрил 100 миллионов для НАСА для разработки
ядерного ракетного двигателя.

https://www.aip.org/fyi/2019/final-fy19-appropriations-nasa

НАСА планирует произвести полетные испытания уже в 2024 году

http://www.youtube.com/watch?v=M0VuDYZuSyY#&feature=youtu.be

BWXT Nuclear Energy работает вместе с NASA
над концепцией и дизайном ядерного теплового двигателя

http://www.youtube.com/embed/miy2mbs2zAQ

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170001555.pdf

https://gameon.nasa.gov/gcd/files/2018/02/FS_NTP_180213.pdf

[библиограф]

Просто обычно сам этот изотоп накапливается при производстве высокообогащённого оружейного урана.

Просто доморощенным радиохимикам невредно будет узнать, что обогащенный уран для получения Рu-238 не нужен вообще!
Исходный изотоп - нептуний-237 накапливается в любом реакторе - на природном уране, в том числе. Только его
выход очень мал - 0,1-0,3% от веса плутония-239, который образуется одновременно. Иначе говоря, за год работы
реактора мощностью миллион киловатт будет наработано менее килограмма Np - 237. Затем десятки тонн отработанного
топлива надо переработать, извлечь нептуний, и снова облучить его нейтронами, и уже затем выделить изотоп Pu-238
Ради Pu-238 никто такую переработку затевать не станет, Np-237 выделяли как побочный продукт при извлечении Pu-239,
а поскольку его наработано уже много, масштабы переработки сейчас невелики.

НАСА потребовалось разрешение Конгресса на создание специального производства ограниченной мощностью.

Np-237 будут получать из Америция-241 - он недорогой, порядка $700 за грамм и  достаточно распространенный изотоп,
его в Америке используют например, в  пожарных извещателях задымления. Np-237 просто продукт распада Am-241
и выделить его не представляет затруднений.
http://www.youtube.com/watch?v=DUn_lIRedlo#

[Golossvyshe]

Просто обычно сам этот изотоп накапливается при производстве высокообогащённого оружейного урана.

Просто доморощенным радиохимикам невредно будет узнать, что обогащенный уран для получения Рu-238 не нужен вообще!

Вам не лень работать бесплатным лектором общества "знание"?
Кто хотел знать - знает. В эпоху тырнета это от силы 2 часа потраченного времени.
 Прочим это не нужно.

Np-237 будут получать из Америция-241 - он недорогой, порядка $700 за грамм и  достаточно распространенный изотоп,
его в Америке используют например, в  пожарных извещателях задымления. Np-237 просто продукт распада Am-241 и выделить его не представляет затруднений.

Представляет, однако.

Вообще-то низкая рыночная цена Ам-241 вызвана, очевидно, незначительностью спроса. А вовсе не широкой доступностью металла, типа как чугун.
Как только возникнет желание добывать ежегодно десятки кг нептуния-237, тут-то и возникнет большой сюрприз.

Но зачем упираться конкретно в плутоний? Есть стронций-90, есть цезий 137... Уж в них-то недостатка нет.

[santax2]

Но зачем упираться конкретно в плутоний? Есть стронций-90, есть цезий 137... Уж в них-то недостатка нет.

из них реактор не сделаешь

[библиограф]

Вам не лень работать бесплатным лектором общества "знание"?

Чтобы вы не задавали вопросы, свидетельствующие о глубоком невежестве!

Но зачем упираться конкретно в плутоний? Есть стронций-90, есть цезий 137... Уж в них-то недостатка нет.

Затем, что серийно выпускавшийся генератор Бета, на Sr-90, для питания навигационных огней в Арктике, при
электрической мощности 10 Вт весил полтонны, защита из свинца и урана

[Lieut]

Исходный изотоп - нептуний-237 накапливается в любом реакторе - на природном уране, в том числе. Только его
выход очень мал - 0,1-0,3% от веса плутония-239, который образуется одновременно. Иначе говоря, за год работы
реактора мощностью миллион киловатт будет наработано менее килограмма Np - 237. Затем десятки тонн отработанного
топлива надо переработать, извлечь нептуний, и снова облучить его нейтронами, и уже затем выделить изотоп Pu-238
Ради Pu-238 никто такую переработку затевать не станет, Np-237 выделяли как побочный продукт при извлечении Pu-239,
а поскольку его наработано уже много, масштабы переработки сейчас невелики.

В реакторах на быстрых нейтронах выход Np-237 на порядок выше. И ОЯТ с этих реакторах, содержащих около 20% плутония, перерабатывают в любом случаи. Так что в последнее десятилетие, после закрытия Фениксов во Франции, единственным массовым источником нептуния, а значит и Pu-238, был последний оставшийся промышленный работающий реактор на быстрых нейтронах БН-600 на Белоярской АЭС (с 2015-ого еще и БН-800).
Но сейчас реакторы на быстрых нейтронах довольно массово строят и в Азии, так что нептуний перестанет быть таким дефицитным.

[Golossvyshe]

Но зачем упираться конкретно в плутоний? Есть стронций-90, есть цезий 137... Уж в них-то недостатка нет.

из них реактор не сделаешь

При чём тут реактор?

Вы различаете реактор и РИТЭГ?

[EvilShurik]

Плутоний-238 хорош тем, что не даёт проникающего гамма-излучения, в отличие от "отвальных" цезия-137 и стронция-90, которые как раз сильно излучают проникающую гамму. Плутоний-238 чистый альфа-излучатель. Если гамма и есть, то весьма низкоэнергетическая, которую можно заэкранировать тонкой свинцовой или вольфрамовой стенкой.
Истощение этого запаса связано с тем, что масштабная переработка облучённого ядерного топлива, ранее существовавшая для выделения оружейного плутония-239, на данный исторический момент практически не ведётся.
Но, если в связи с развитием программы быстрых реакторов начнётся массовая переработка уже обычного облучённого ядерного топлива АЭС, то сырья для получения плутония-238, нептуния-237 может стать снова много.

[Golossvyshe]

Но вообще-то не стоит зря переливать из пустого в порожнее.

РИТЭГи - это мощность максимум в несколько кВт. Ну, конечно, всё лучше чем совсем ничего.

Мегаваттный же реактор (вменяемый) в космосе может быть только термоэмиссионным. Значит, ТВЭЛы с ураном и боросвинцовые экраны, да сам баллон реактора, всё это потянет на тонны. Плюс мощный ионник на ксеноне (вообще-то для такой мощности лучше цезий). Плюс сама аппаратура, научная и технологическая. Плюс несущая конструкция. Плюс... плюс... плюс...
И собирать это всё на орбите не получится. Нет таких технологий, нет такой космической техники. На седьмом десятке лет космической эры – и нихрена нету.
Значит, соответственно плюс ещё тонны несущей конструкции, чтобы всё это не развалилось при старте. Значит, в сумме только пупертяж, на десятки тонн. Много лет и много-много миллиардов зелени – и это всё для каких-то АМС? Любой минфин пошлёт учёных очкариков с такими заявами далеко и быстро. Да ещё гринписьки, всевозможные экологи, да договор о запрете ядерных испытаний в космосе, итд итп…

Проблема решаема, здесь нет никаких фундаментальных физических проблем, чай, не телепортация. Но для этого надо было РАБОТАТЬ, а не валять дурака в офисе.
И ведь были уже советские наработки…

Время бездарно и, наверное, уже безнадёжно упущено. Все современные прожектусы (особенно наглые – аж с турбинами!) и вся эта деятельность стартаперов – не более чем способ нарубить бабла. А для старперов ещё и потянуть время до пенсии.

До лётных изделий дело, очевидно, не дойдёт. Но для потрепаться на форумах да развести госбюджет на бабло – да, прожектусы вполне сгодятся.

[EvilShurik]

Для АМС, по крайней мере для полётов внутри орбиты Юпитера, великолепно подойдёт связка "ЭРД-солнечные батареи". Или даже солнечный реактивный двигатель. Тут и отработанность полная, по крайней мере ионных, к настоящему времени (тот же полёт "Давна" и "Юноны"), и небольшая масса для вывода на орбиту.
Электрореактивный двигатель может быть проще ионного, при схожем импульсе. И ещё легче.
Солнечный двигатель подкупает простотой - всего и нужно, что концентратор солнечных лучей на рабочей камере РД. Но импульс у него невысок, на уровне ЯРД. В отличие от последнего однако, СРД весит меньше, и радиационная защита не нужна.

[Golossvyshe]

Плутоний-238 хорош тем, что не даёт проникающего гамма-излучения, в отличие от "отвальных" цезия-137 и стронция-90, которые как раз сильно излучают проникающую гамму.

Да и пусть себе излучают. Электроника в исполнении спейс такое вполне выдерживает, это ж не быстрые реакторные нейтроны.

Ну на крайний случай можно урановый экран установить. Экран-диск толщиной 20 мм снизит облучение в 1000 раз, летайте на здоровье.

[EvilShurik]

Плутоний-238 хорош тем, что не даёт проникающего гамма-излучения, в отличие от "отвальных" цезия-137 и стронция-90, которые как раз сильно излучают проникающую гамму.

Да и пусть себе излучают. Электроника в исполнении спейс такое вполне выдерживает, это ж не быстрые реакторные нейтроны.

Ну на крайний случай можно урановый экран установить. Экран-диск толщиной 20 мм снизит облучение в 1000 раз, летайте на здоровье.

Не. Не получается так. Во-первых, энергия распада цезия и стронция меньше энергии распада плутония на порядок. А толстая пластина, защищающая от гамма-радиации, и весить будет немало.
Во-вторых, хорошо защищены АМС именно от корпускулярного излучения, - электронов, протонов и других атомных ядер. А вот проникающая Гамма, практически не экранируется. И электроника для АМС должна разрабатываться с учётом постоянного воздействия космической Гаммы. Которая вообще-то невелика. Но от цезия и стронция будет такой, что откажет даже электроника космического назначения. А экраны от неё слишком тяжёлые.

[Маска]

И ведь были уже советские наработки…

О работах в СССР по ЯЭУ.

(кликните для показа/скрытия)

"Решением Государственной комиссии при СМ СССР по ВПВ N 58 от 12.02.1986 г. было принято решение о проведении ЛКИ КА "Плазма-А" с ЯЭУ "Топаз-1". К проведению ЛКИ были подготовлены два экземпляра ЯЭУ (N22 и N23), отличающиеся материалом катодов ЭГК: катоды изделия N22 выполнены из молибдена, а N23 - из молибдена, покрытого вольфрамом.
ЯЭУ N22 была запущена на радиационно безопасную стационарную круговую орбиту высотой 800 км 2.02.1987 г. и отработала на орбите в составе КА "Плазма-А" ("Космос-1818") в течении 142 суток. Показано соответствие характеристик ЯЭУ в течении заданного трёхмесячного ресурса.
ЯЭУ N23 была запущена на радиационно безопасную стационарную круговую орбиту высотой 800 км 10.07.1987 г. и отработала на орбите в составе КА "Плазма-А" (Космос-1867) в течении 343 суток. Показано соответствие характеристик ЯЭУ в течении полугода работы. В дальнейшем в течении последующего полугода мощность ЯЭУ плавно снижалась вследствие деградационных процессов в РП, но была достаточна для питания всех систем КА (в конце стационарной работы составила 2,73 кВт).
Прекращение работы ЯЭУ в обоих случаях было вызвано, в основном, окончанием запасов рабочего тела (цезия) и выделением водорода из полости замедлителя, явившегося катализатором деградационных процессов в РП. Замена комплекта ЭГК с эмиттерными узлами из монокристаллического молибдена в ЯЭУ N22 на комплект ЭГК с вольфрамовыми покрытиями в ЯЭУ N23 привело к увеличению к.п.д. ЯЭУ в 1,05-1,07 раза.
Параллельно работам с ЯЭУ "Топаз-1" проводились работы по созданию ЯЭУ "Топаз-2". В ходе работ было изготовлено и испытано более 18 полномасштабных головных блоков энергоустановки, 7 из которых (Я-20, Я-23, Э-31, Я-24, Я-81, Я-82, Э-38) прошли ядерные энергетические испытания.
Кроме того, с целью доведения ресурса работы установки до 1,5 лет, была создана новая модернизированная конструкция реактора с увеличенным числом ЭГК в активной зоне (с 31 до 37). Было изготовлено 10 экземпляров головных блоков такой ЯЭУ (В-71 - для холодных и динамических испытаний с последующими электроэнергетическими испытаниями на комплексном стенде "Байкал-1"; Я-81, Э-37, Я-82 - для ЯЭИ продолжительностью до 1,5 лет; Э-39, Э-40, Э-41- для ЛКИ, Э-38-как резервный; Э-43, Э-44). При испытаниях образца Я-24 был достигнут небывалый в отечественной и зарубежной практике ресурс проведения ЯЭИ полномасштабного опытного образца космической ЯЭУ - 12500 часов.
К 1988 году установка «Енисей» прошла полный цикл наземных испытаний, необходимых перед этапом летных конструкторских испытаний (ЛКИ) в составе КА, подтвердив требуемые по ТЗ параметры и ресурс 1,5 года с возможностью достижения ресурса не менее 3 лет."
В связи с прекращением работ по КА, для которого предназначалась ЯЭУ "Топаз-2", работы по ЯЭУ были прекращены на стадии наземных испытаний.