Двигатель для межзвёздных перелётов

[snickers]

прилететь в 2 раза быстрее, нужно энерговооруженность нарастить в 10 раз.

Тем более...

Гигаватный атомный реактор конечно значительно легче, такого же термоядерного реактора.

Гигаватного атомного реактора в природе не существует... ВВЭР-1200 это потолок на сегодня.. мощнее серийного у человечества на данный момент ничего нет..1.2 гиг всего..  но и масса там такая что ого го ...

Имхо, даже у ионника тяга больше будет.

Да но не надо рабочего тела зато... но тоже возникает вопрос энергии... сверхпроводник надо охлаждать.. отчего зависит сила выталкивания? От массы сверхпроводника или его формы и объема? Магнитное поле мы изменить то не можем...

[MenFrame]

Гигаватного атомного реактора в природе не существует... ВВЭР-1200 это потолок на сегодня..

мощнее серийного у человечества на данный момент ничего нет

https://ru.wikipedia.org/wiki/АЭС_Сиво

но и масса там такая что ого го ...

Копейки в сравнении с ИТЭРом

[snickers]

https://ru.wikipedia.org/wiki/АЭС_Сиво

1561 МВт ну это конечно да... прорыв нет слов не 1,2 Гиг а 1,5 Гига спору нет ..открывает нам путь в Галактико).

Копейки в сравнении с ИТЭРом

А причем тут ИТЭР? От слова вообще и тем более вопрос цены?? Вопрос стоит о том, что человечество не имеет компактных гигаватного класса источников энергии.. про ВВЭР и прочее речь вестись не может в принципе обо там масса не совместима с его энергетической отдачей.. ну а более менее компактное я пример уже привел с авианосцем..реактор A1B - 700 МВт.

[MenFrame]

про ВВЭР и прочее речь вестись не может в принципе обо там масса не совместима с его энергетической отдачей.. ну а более менее компактное я пример уже привел с авианосцем..реактор A1B - 700 МВт.

Сначала сравните конкретные характеристики, вес, габариты а потом уже выводы делайте.

[sharp]

Вопрос стоит о том, что человечество не имеет компактных гигаватного класса источников энергии..

Реактор на кюрии или калифорнии можно было бы сделать значительно более компактным. Но толку-то? Куда вы в космосе будете отводить тепло без достаточно массивного радиатора? Если же мощность теплоотвода будет недостаточна - расплавите корабль...

[snickers]

Реактор на кюрии или калифорнии можно было бы сделать значительно более компактным.

С калифорнием немного промахнулись..

ну и по цене

Кюрий-245 разве что ...

[AlexAV]

С калифорнием немного промахнулись..

Для компактного ядерного реактора Cf-252 интереса не представляет (он ценен для компактных источников нейтронов в силу высокой вероятности спонтанного деления, но эта совсем иная область применения). Делится нейтронами он не очень хорошо (сечение деления тепловыми нейтронами всего 32 барна) и живёт очень мало (период полураспада всего 2,64 года). Тут интересны скорее два наиболее долгоживущих изотопа калифорния - Сf-249 (сечение деление тепловыми нейтронами 1660 барн, период полураспада - 351 год) и Сf-251 (сечение деление тепловыми нейтронами 4800 барн, период полураспада - 900 лет).

Как получать весомые количества Cf-251 не очень понятно, но вот сравнительно эффективное производство Cf-249 из реакторной смеси изотопов кюрия (той которую можно извлечь из ОЯТ того же ВВЭР) - теоретически вполне возможно. Эта смесь (в основном Сm-244 c небольшим количеством Сm-245) вполне может поддерживать цепную реакцию на тепловых нейтронах.

Если построить реактор на растворах солей (что-то вроде Аргоса, но только работающего не на водном растворе солей урана, а на водном растворе солей реакторного кюрия) и как-то найти способ извлекать из раствора берклий на лету (т.е. в процессе работы реактора скажем пропуская топливный раствор через какой-то высоко селективный по берклию сорбент), то это позволило сравнительно эффективно производить изотопночистый Сf-249 (в количестве до ~5% от массы сожжённого кюрия).

С учётом, что ОЯТ ВВЭР содержат приблизительно 66 г кюрия на тонну ОЯТ (при выгорание 50 ГВт сутки/тонны), а масса выгружаемого отработанного топлива приблизительно 22 тонны на ГВт (эл) в год, то парк из 17 ГВт ВВЭР (это приблизительно столько сколько сейчас есть в России) при полной переработке ОЯТ (если при этом выделять кюрий) в год мог бы давать ~25 кг кюрия в год из которых теоретически можно было бы произвести ~1,2 кг Сf-249. Вполне весомое количество.

[sharp]

С учётом, что ОЯТ ВВЭР содержат приблизительно 66 г кюрия на тонну ОЯТ (при выгорание 50 ГВт сутки/тонны), а масса выгружаемого отработанного топлива приблизительно 22 тонны на ГВт (эл) в год, то парк из 17 ГВт ВВЭР (это приблизительно столько сколько сейчас есть в России) при полной переработке ОЯТ (если при этом выделять кюрий) в год мог бы давать ~25 кг кюрия в год из которых теоретически можно было бы произвести ~1,2 кг Сf-249. Вполне весомое количество.

А кюрий-244 и 245 подходят для реактора? Возможно, было бы выгоднее использовать именно их напрямую, а не производить калифорний?
У кюрия-244 критическая масса 27 кг, многовато... А вот у кюрия-245 - всего 9,2 кг, это лишь в полтора раза больше, чем у калифорния-249.

[crazy_terraformer]

Наилучшие варианты в порядке убывания периода полураспада U-235, U-233, Pu-239. Первый имеется в природе в достаточных количествах, а два других в достаточных количествах можно получать в ядерных реакторах, причём у U-233 критическая масса меньше, чем у Pu-239. И все их можно использовать в термоядерных зарядах, где термоядерными нейтронами делится U-238.
Жаль нельзя нарабатывать кюрий-247 в количествах аналогичных Pu-239, его период полураспада 15,6 млн лет второй по длительности после урана-235 0,7308 млрд лет, а крит.масса чистого 7 кг меньше, чем у плутония-239 на 3-4 кг

[MenFrame]

А кюрий-244 и 245 подходят для реактора? Возможно, было бы выгоднее использовать именно их напрямую, а не производить калифорний?
У кюрия-244 критическая масса 27 кг, многовато... А вот у кюрия-245 - всего 9,2 кг, это лишь в полтора раза больше, чем у калифорния-249.

Непонятно зачем это все нужно для реактора. Насекомых к звездам отправлять?

[sharp]

Не понял мысль про насекомых, расшифруйте.

[MenFrame]

Не понял мысль про насекомых, расшифруйте.

Маленькая критическая масса, позволяет сделать маленький ядерный реактор. Зачем он нужен?

[sharp]

Не понял мысль про насекомых, расшифруйте.

Маленькая критическая масса, позволяет сделать маленький ядерный реактор. Зачем он нужен?

Маленькая критическая масса позволяет уменьшить массу реактора в несколько раз по сравнению с урановым реакторам той же мощности. Зачем это нужно - полагаю, очевидно, если вы читали тему.

[MenFrame]

Маленькая критическая масса позволяет уменьшить массу реактора в несколько раз по сравнению с урановым реакторам той же мощности.

Мощность реактора на еденицу массы определяется сугубо возможностями съема тепла с тепловыделяющих элементов и передача его теплоносителю(рабочему телу турбины). От критической массы здесь не чего не зависит.

[AlexAV]

Жаль нельзя нарабатывать кюрий-247 в количествах аналогичных Pu-239, его период полураспада 15,6 млн лет второй по длительности после урана-235 0,7308 млрд лет, а крит.масса чистого 7 кг меньше, чем у плутония-239 на 3-4 кг

Основные преимущества всех этих особо хорошо делящихся изотопов проявляются в основном не в жёстком спектре, близком к делительному (что имеет место в случае металлической сферы), а в тепловом. И тут превосходство всей этой экзотики куда заметнее. Посмотрите в этой табличке критическую массу не для металлической сферы, а для раствора соли: https://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/criticalmass.htm


Минимальное количество делящегося нужное чтобы запустить реактор в этом случае для U-235 - 784 грамма, для Сm-245 - 54 грамма, Сf-249 - 60 грамма. Ну и для лучших изотопов, Am-242m и Сf-251,  20 и  25 грамма соответственно.

В случае реактора не тепловых нейтронах правда полная минимальная масса реактора будет значительно больше массы делящегося из-за того что потребуется достаточно значительная масса замедлителя и отражателей (с учётом их массы различие в минимальной массе АЗ между различными изотопами становится не столь сильной, хотя конечно большая часть этой массы будет вода или какой-нибудь графит). Для растворных реакторов зависимость критической массы от концентрации соли в воде имеет следующий вид (см. приложенные рисунки). Т.е. для гомогенного реактора на растворе соли без отражателя минимальная масса АЗ (топливо + замедлитель) получается:

U-233 - около 22 кг
U-235 - около 36 кг
Pu-239 - около 29 кг
Сm-247 - около 13 кг
Сm-245 - около 12 кг (из них кюрия лишь 116 грамм, остальное - вода)
Сf-249 - около 13 кг (из них калифорния лишь 129 грамм, остальное - вода)
Np-236 - около 15 кг (нептуния из них 90 грамм)
Сf-251 -  около 16 кг (калифорния из них - 48 грамм)
Am-242m - около 14 кг (америция из них - 42 грамма)

[AlexAV]

Продолжение.

[AlexAV]

И ещё продолжение.

[AlexAV]

Маленькая критическая масса позволяет уменьшить массу реактора в несколько раз по сравнению с урановым реакторам той же мощности. Зачем это нужно - полагаю, очевидно, если вы читали тему.

Нет. Мощность реактора, если уж удалось обеспечить критическую массу, ограничена лишь возможностями теплоотвода (которые зависят от его конструкции, но не от делящегося изотопа).

Использование особо хорошо делящихся изотопов тут скорее позволяет конструировать ультра-компактные реакторы, содержащие очень мало активности. Если же реактор в любом случае будет большим и мощным, то никакого смысла связываться с экзотическими изотопами нет. Брать U-235 и всё, ничего лучше тут не будет. А вот если нужно реактор мощностью в 10 кВт вписать в массу пару десятков килограмм (для какого-нибудь продвинутого исследовательского зонда вроде улучшенной Cassini) - вот тут все эти кюрии с калифорниями могут быть очень кстати.

Критерий тут можно поставить следующий. На чём бы реактор не работал для производства 1 кВт(тепловой) мощности в год он будет тратить порядка 0,37 грамм тяжёлого металла. Соответственно если запас энергии АЗ нужен такой, что чтобы его обеспечить в любом случае нужно >10 кг тяжёлого металла, т.е. на уровне  27 МВт лет и более, то тут ничего кроме U-235 не нужно точно, для такой массы ядерного топлива обеспечить условия критичности и необходимый запас реактивности на выгорание для топлива из высокообогащённого урана не представляет проблем. Экзотика в этом случае просто не нужна. Если же намного меньше - имеет смысл посмотреть и в сторону экзотики (особенно в том случае если за время работы в реакторе выгорят буквально единицы-десятки грамм тяжёлого металла).

[AlexAV]

Непонятно зачем это все нужно для реактора. Насекомых к звездам отправлять?

Может быть полезно для трёх вещей. Двух в космосе и одной на земле.

1) Компактные маломощные реакторы (где-то в нише современных РИТЭГ или несколько мощнее). Здесь изотопы с очень высоким сечения деления будут иметь ряд плюсов - компактность АЗ, нечувствительность к эффектам отравления и накоплению продуктов деления, возможность обеспечить очень глубокое выгорание делящегося изотопа. Преимущество по сравнению с РИТЭГ - управляемость и контролируемость отдаваемой мощности (у РИТЭГ мощность в процессе работы постоянно падает, тут же будет возможность производить постоянную мощность до тех пор пока АЗ не потеряет критичность, т.е. не будет использован весь её энергетический потенциал). Главный минус экзотических изотопов - их высокая стоимость здесь будет не так существенен поскольку их просто будет требоваться весьма мало.

2) Для разного рода систем с прямым преобразованием ядерной энергии в энергию реактивной струи. Т.е. для гипотетических систем, где реактивная сила будет создаваться непосредственно потоком осколков деления. На сколько это можно создать в реальности не очень понятно, но если и можно, то сечение деления ядер здесь будет очень критично и скорее всего такая система сможет работать только на каком-нибудь Am-242m или Сf-251 c их экстремально большими сечениями деления тепловыми и холодными нейтронами.

3) (уже с космосом не связанное) Маленькие реакторы лабораторного и медицинского назначения с очень малым количеством активности и в силу этого обладающие высокой степенью безопасности (даже если что-то произойдёт, то выход нескольких десятков грамм радиоактивных изотопов не тоже самое, как выход нескольких тонн). И кроме того хорошо защищённые в плане нераспространения опять же в силу очень малого количества делящегося изотопа содержащегося в нём (из 100 грамм какого-нибудь калифорния можно сделать реактор, но совершенно нереально атомную бомбу).

[MenFrame]

На сколько это можно создать в реальности не очень понятно,

А что мешает это понять? Вроде как простая задача, благадаря комбинации электрических, магнитных полей не допустить попадания осколков деления обратно в делящий материал.