Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[Кремальера]

Но что отмечу. Я всегда говрю - настоящий звездолет ДОЛЖЕН иметь консистенцию мыльного пузыря. Как ни крути, но всегда выходит именно так. И наш шарик - тоже тому пример.

Это пожалуй единственное  от чего мне делается не по себе.Одно дело когда под ногами с десяток надежных деков,толстенные бимсы с пиллерсами из шведской стали.,литые фундаменты..Вообщем ,ты не один -с тобой десятки тысяч тонн стали.А тут блин-алюминевая фольга. :(Даже если такие невесомые "шарики" и обвязать кучей в пространственной раме закрепив на фермах,то все равно экипаж(если он будет),от нервенных расстройств лечить придется.

[alex_semenov]

нельзя ли как-нибудь ыще раз глянуть ваш рундук.?И может быть изыскать еще какие более экзотические изотопы трасуранов.Тот же Cm245 или вообще калифорний какой?Я так понимаю наш "шарик" попыхтит полонием 138 суток и все.,а что если найти изотоп со схожей энегетичностью испускания альфа-частиц но чтоб помучался поболее.

Я уже порылся где мог. Одно время мне казался очень привлекательным уран 232... Но посмотрев его цепочку трансмутаций... там больше всего энергии выделяется в виде гамма... Да и он все равно распадается слишком быстро. Период полураспада менее 100 лет. Недостаток  - у него удельная мощность не такая высокая, но ЕЩЕ нам приемлемая. Зато калорийность куда выше чем у полония (Дж/кг и Вт/кг для радиоизотопов- разные вещи)
В общем с перебором изотопов, как мне кажется труба. Нужного нам нет. Полоний -самый лучший.

Поэтому... Была идея НАРАБАТЫВАТЬ полоний на ходу. Надо перемешать первичную дозу полония с изрядной долей висмутом (из которого тот получается трансмутацией при попадании теплового нейтрона). Где брать нейтроны? Реактор в центре шара? Очень утяжелит конструкция да и нет смысла (надо понимать что каждый нейтрон тут рождается из своего элемента). Поэтому мелькнула очень ЗАМАНЧИВАЯ идея делать тепловые нейтроны из... космического излучения. Мол, все равно этот шарик будет со всех сторон пронизываться Гэв протонами в течении 600 лет!

Высокоэнергетические протоны, пронизывающие космос, время от времени будут попадать в соответствующую мишени (в самом центре шарика), где будут рождать лавину нейтронов (мы тут обсуждали генераторы нейтронов из Гэв протонов, один такой протон дает до 30 нейтронов, кажется), оболочка мишени их замедляет до тепловых  и они тихо диффундируют, разлетаются к внутренней сфере, где из глотает висмут, нарабатывая новый полоний.

Красиво, но, как я могу судить, малореалистично. Энергии космического излучания, думаю, не хватит чтобы компенсировать убыль полония.  Но это надо более строго просчитать. Я пока не придумал как. Может кто другой прикинет?

[alex_semenov]

Даже если такие невесомые "шарики" и обвязать кучей в пространственной раме закрепив на фермах,то все равно экипаж(если он будет),от нервенных расстройств лечить придется.

Все дело привычки. Гансы в свое время вон как лихо научились на дирижаблях летать. А ведь тоже - мыльный пузырь!

[Кремальера]

Гансы в свое время вон как лихо научились на дирижаблях летать. А ведь тоже - мыльный пузырь!

Да..Романтика ,дери меня за ногу!..

Была идея НАРАБАТЫВАТЬ полоний на ходу.

Пожалуй.,это единственный выход.Может быть загрузить висмут,полоний и части реакторов для облучения,в виде эдаких полуфабрикатов,кит-комплетов?Возможно удастся как-то облегчить конструкцию.,упростить ее-Кюри в 30-х получала полоний простой возгонкой в вакууме..Будет типа :"..вставьте шплинт А в отверстие Б.." и т.д.По аналогии как Малыша в бомбовом отсеке дособирали и готовили к сбросу.Единственно сейчас вычитал, полоний оказывается-страшнейшая вонючка-в 4 триллиона раз токсичнее синильной кислоты.Почему же его не используют в качестве оружия..

[alex_semenov]

Последняя строка - алюминий (я думаю что в полонии примерно то же самое).

Гм... мучают сомнения. В формуле Бетте-Блоха есть коэффициент n, который высчитывается так:



N_A - число Авогадро.
Z' - заряд вещества препятствия   
  - плотность вещества препятствия
Mu - молярная масса

Видимо он и должен вносить поправку в оценку длины пробега для полония по сравнению с алюминием ((заряд препятствия входит и в оценку I, но этот параметр под логарифмом и его изменение должно влиять куда меньше)

Я взял для алюминия и полония произведение их Z на плотность, деленную на молярную массу  и сравнил.  У полония он  в 3 раза больше. То есть пробег альфа частицы в полонии при прочих равных с алюминием будет в 3 раза короче.
Если 5 Мэв альфа-частица в алюминии пробегает порядка 18 мкм, то в полонии порядка 6 мкм. Знаит слой полония надо делать порядка 3-2 мкм. Не более.

[alex_semenov]

Пожалуй.,это единственный выход

Не ясно пока. Нет расчета- нет идеи. Увы!

Скажем идея наработки полония космическим излучением была бы на половину просчитана, если бы кто подсказал сколько штку протонов с Гэв энергией в секунду пролетает через обем 1 см3 космоса?Отсюда можно было бы плясать дальше в оценке идеи.

[SY]

Где брать нейтроны?

При облучении легких элементов альфа-частицами происходит высвобождение нейтронов. Обычно используют бериллий - как конструктивный материал ничем не хуже алюминия. Уж если начали применять полоний, то токсичностью бериллия можно пренебречь. Но для этой же реакции алюминий тоже годится.

А как насчет плутония-238? Энергия частиц чуть больше, период полураспада меньше, удельная мощность будет больше. Температура плавления - 912 K (а у полония - 527 K)

[AlexAV]

Скажем идея наработки полония космическим излучением была бы на половину просчитана, если бы кто подсказал сколько штку протонов с Гэв энергией в секунду пролетает через обем 1 см3 космоса?Отсюда можно было бы плясать дальше в оценке идеи.

Концентрация космических лучей  в межзвёздном пространстве оценивается как 10^-4 м^-3. Поток - соответственно умножайте приблизительно на скорость света (при энергии больше 1 ГэВ отличие несущественно). Т.е. порядка 30000 штук на м² в секунду.

Но вообще идея - мёртвая. Поток космических лучей даст совершенно ничтожную скорость наработки изотопа.

[AlexAV]

Кстати о термоэмиссионных генераторах.

Вот КПД идеального термоэмиссионного генератора от температуры эмиттера:



Здесь однако надо учитывать следующую тонкость. Ресурс генератора зависит от скорости испарения эмиттера, т.е. от его температуры. Обычно она берётся в районе 2000 градусов и ресурс оказывается несколько тысяч часов.

Если температуру снижать, то ресурс увеличится, но КПД будет снижаться.

[alex_semenov]

Но вообще идея - мёртвая. Поток космических лучей даст совершенно ничтожную скорость наработки изотопа.

Да, это с самого начала подозревалось (энергии слишком мало). Но идея слишком красивая чтобы на нее не посмотреть...

[alex_semenov]

Если температуру снижать, то ресурс увеличится, но КПД будет снижаться.

Да, термоэмиссионные генераторы подходят для этой задачи куда лучше. Я уже это покрутил и понял. Даже высокая температура и невысокий кпд тут от части в плюс (это уменьшает массу радиаторов). Во всех отношениях они более-менее подходят (если с испарением эмиттера можно что-то сделать то и по времени в столетия).
Но ТЭГ  дают большой ток при малом напряжении. Значит нужны преобразователи. И тут мы выясняем что масса преобразователей УДВАЕВАЕТ массу всей установки. Преобразователь - это 1 кг/кВт вынь да положь! А значит чапать нам до Альфы никак не меньше тысячелетия.

[SY]

Еще элементы-кандидаты.

Актиний-227 (период полураспада 21,77 года) дает цепочку распадов с выделением пяти(!) альфа-частиц с энергией от 5 до 8.1 МэВ

Радий-226 (период полураспада 1602 года) дает цепочку распадов с выделением пяти(!) альфа-частиц с энергией от 4.87 до 7.88 МэВ

[alex_semenov]

А как насчет плутония-238? Энергия частиц чуть больше, период полураспада меньше, удельная мощность будет больше. Температура плавления - 912 K (а у полония - 527 K)

Цитата отсюда
Один грамм чистого плутония-238 генерирует приблизительно 0,567 Вт мощности.

То есть 567 Вт/кг. Но мы пытаемся получить тут удельную мощностью ВСЕЙ установки в 4000 Вт/кг.

Еще элементы-кандидаты.
Актиний-227 (период полураспада 21,77 года) дает цепочку распадов с выделением пяти(!) альфа-частиц с энергией от 5 до 8.1 МэВ
Радий-226 (период полураспада 1602 года) дает цепочку распадов с выделением пяти(!) альфа-частиц с энергией от 4.87 до 7.88 МэВ

Надо смотреть еще мощность Ватт/кг. И другой (второй по важности показатель) калорийность как топлива то есть Дж/кг. Она тоже у всех своя. И может быть очень небольшой (что тоже неприятно).
Период полураспда. Ясно что такая мощнось как нам нужна будет иметь очень короткий период полураспада. Так что тут возможно, даже нет смысла сильно гоняться за годами. Все равно не впишемся в 600 лет.
Тут есть очень хилая надежда только на трансмутацию по ходу полета. Если нет - то надо возвращаться к классическому реактору с термоэмиссией и пытаться как-то вписать корабль в удельную мощность хотя бы 1000 Вт/кг. Это в 10 раз круче чтем то что мы реально можем сейчас(100 Вт/кг).

[Андрей Курилов]

Толщина алюминия, как я думаю, определяется ТОЛЬКО конструкционной прочностью. Шар заряжен и раздут зарядом. Алюминий в основном и должен держать нагрузку.

1) Конструкционная прочность зависит от температуры.
2) Заряд также будет рвать пузырь.
3) Ядра продуктов распада будут постепенно приводить в негодность кристаллическую решётку металла, вышибая атомы в промышленных масштабах.
В сумме этих факторов всё выглядит весьма плохо.

[Андрей Курилов]

Скажем идея наработки полония космическим излучением была бы на половину просчитана, если бы кто подсказал сколько штку протонов с Гэв энергией в секунду пролетает через обем 1 см3 космоса?Отсюда можно было бы плясать дальше в оценке идеи.

Очень примерно 100 тыс. на кв. м. со всех сторон если в покое.
http://en.wikipedia.org/wiki/Galactic_cosmic_ray

[alex_semenov]

Очень примерно 100 тыс. на кв. м. со всех сторон если в покое.
http://en.wikipedia.org/wiki/Galactic_cosmic_ray

Спасибо. Алекс уже дал похожую цифру. Вы хотите что бы я довел эту свою идею до логического фиаско?
Ну вот смотрите. Я (условно) предполагаю что в центре находится шар радиусом 2 м (да, понятно что это будет очень тяжелый доп. девайс для исходной конструкции, но я предполагал сильно увеличить изделие). Тогда поверхность этого шара 50 м2. Значит мы знаем сколько протонов влетает внутрь. Порядка 5 миллионов в секунду. Пускай каждый дает 30 нейтронов. И пускай 1/3 из них в конце концов  трансмутирует атом висмута в полоний.
Тогда за год мы таким образом нарабатываем... 1,65E-06 грамм полония.
Сами понимаете.
Есть расчет и ... нет идеи...

[alex_semenov]

1) Конструкционная прочность зависит от температуры.
1) Конструкционная прочность зависит от температуры.

Это контролируемо. Ести наружняя оболочка имеет температуру 20С, вряд ли внутренняя имеет много выше 100.
В конце концов сядьте и посчитайте ее, зачем зря слова говорить! Вредная мощность известна. А дальше все по тому же С-Б!
Внутренняя сфера в 3 раза меньше внешней.

2) Заряд также будет рвать пузырь.

Это мы уже умеем считать. Там огромный запас. Я это просто знаю.

3) Ядра продуктов распада будут постепенно приводить в негодность кристаллическую решётку металла, вышибая атомы в промышленных масштабах.

Опят таки, где расчет показывающий опасность всего этого? Ну зачем делать большие глаза?

В сумме этих факторов всё выглядит весьма плохо.

Да нормально все выглядит.
Плохо выглядим мы с полониевым топливом. Если бы мы нашли компактный метод его наработки, проект можно было бы развивать. Скажем, увеличить габариты и массу на пару порядков.... Я вот думаю а нельзя ли в качестве компактного источника нейтронов (для трансмутации) использовать тот же D+D синтез (с Q<1)? Но опять таки это энергия... Это все сожрет у нас наши Квт/кг...

[Кремальера]

Но опять таки это энергия... Это все сожрет у нас наши Квт/кг.

Опять эти синюшные кривые?Вся печаль получается от них.Портят всю межзвездную малину.А может просто еще раз перепроверить эти проклятущие закорючки-формулы.Ну должны же быть(помимо вас с AlexAV) еще индивиды умеющие грамотно их щелкать?
А что до компактного источника нейтронов(для трансмутации)..,если никак нельзя изваять легкий модульный реактор,который можно было б потом сбросить.,то может засунуть внутрь второго(внутреннего) яйца,третье-мет.сферу с внутренним напылением висмута,и сбросить вовнутря манюсенькую нейтронную хлопушку,размером с грецкий орех?Бах!-и на наружной поверхности этой мини-гравицапы,через перфорированную мини-канальцами стенку выступил полониевый "пот".

[Андрей Курилов]

Сами понимаете.
Есть расчет и ... нет идеи...
 

Предсказуемо ГКЛ устроены так, что они только могут портить, но никак не могут делать ничего полезного. Я уже давно это понял, AlexAV там тоже уже об этом сказал заранее.

Опят таки, где расчет показывающий опасность всего этого? Ну зачем делать большие глаза?

А это следует уже из того, что у вас масса ядерно распадающегося материала сопоставима с массой подложки. Интегральный эффект воздействия будет примерно как на оболочку ядерной бомбы, хоть и растянут сильно по времени.

Плохо выглядим мы с полониевым топливом. Если бы мы нашли компактный метод его наработки, проект можно было бы развивать. Скажем, увеличить габариты и массу на пару порядков.... Я вот думаю а нельзя ли в качестве компактного источника нейтронов (для трансмутации) использовать тот же D+D синтез (с Q<1)? Но опять таки это энергия... Это все сожрет у нас наши Квт/кг...

Да просто надо выбросить полоний-210. Изотопов кроме него существует ещё сотни - есть где порыться.

[Андрей Курилов]

Опять эти синюшные кривые?Вся печаль получается от них.Портят всю межзвездную малину.А может просто еще раз перепроверить эти проклятущие закорючки-формулы.Ну должны же быть(помимо вас с AlexAV) еще индивиды умеющие грамотно их щелкать?

Я для себя разбирался - там всё ОК. Причём эти кривули - это ещё оптимистичный предел, когда график скорости от времени представляет из себя треугольник, а мощность практически постоянна по времени. Если вам захочется быстренько разогнаться, а потом долго лететь инерциально, то Вт/кг понадобится уже больше.