Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[alex_semenov]

Плутоний-плутоний. А давайте пойдем дальше. А что если в качестве эмиттера использовать атомный реактор.
А если быть точным, что если в качестве эмиттера использовать управляемую цепную реакцию???

Если бы была альтернатива...

Вы о чем? Я совсем не въехал в идею! Эмиттер чего? Вы предлагаете поставить реактор в "шарик" вместо полония-210? Не получится. В шарике радиоизотоп полоний нанесен тончайшим слоем (2-3 мкм) на внутреннюю сферу чтобы альфа-частицы вылетали из материала свободно (и хотя бы 1/4 долетала до внешней сферы). Осколки деления мало того, что для этого дела куда хуже (ибо имеют разброс по энергии), хотя тоже заряжены положительно, но самое дрянное - слой где идет реакция должен быть того же порядка толщины. Помните, мы разбирались с пылевым реактором? Там та же проблема. Как получить при этих условиях (вылет осколков) критическую массу?
У радиоизотопа это проблемы нет и его можно размазать по сфере тонким слоем.

[AlexAV]

Ну да, ксенон взрыву атомной бомбы не помешает (95% 235го). У первой американской - 93% обогащения. Только как это чудовище удержать на управляемой "цепи" никто не знает. Она же распадется на кучу локальных "микрореакторов" предсказать коэф. размножения которых совершенно невозможно из-за тепловой инерции.

Думаю не стоит делать гигантскую единую активную зону. Там точно с таким обогащением будет проблема на проблеме. Нужно множество независимых (разделённых поглотителем) активных зон с массой топлива порядка критической (килограммы, десятки килограмм в зависимости от конкретного исполнения). 

[Retired]

Ну, во-первых, мы тут работаем по-секционно (так сказать).

Да, это ясно, собственно решить надо 2 задачи (сорри за повторение очевидного):
1. Как разгонять?
2. Откуда брать энергию.

С первым ответ дает  Циолковского: расход РТ как таковой бессмыслен, необходимо увеличивать скорость истечения (уменьшения, если угодно) массы РТ.
Со вторым - аннигиляция (на много порядков энергетически эффективнее всех прочих возможных методов преобразования энергии).
Собственно все....

[AlexAV]

Вы о чем? Я совсем не въехал в идею! Эмиттер чего? Вы предлагаете поставить реактор в "шарик" вместо полония-210? Не получится. В шарике радиоизотоп полоний нанесен тончайшим слоем (2-3 мкм) на внутреннюю сферу чтобы альфа-частицы вылетали из материала свободно (и хотя бы 1/4 долетала до внешней сферы). Осколки деления мало того, что для этого дела куда хуже (ибо имеют разброс по энергии), хотя тоже заряжены положительно, но самое дрянное - слой где идет реакция должен быть того же порядка толщины. Помните, мы разбирались с пылевым реактором? Там та же проблема. Как получить при этих условиях (вылет осколков) критическую массу?
У радиоизотопа это проблемы нет и его можно размазать по сфере тонким слоем.

Я скорее вообще о безальтернативности реактора деления безотносительно от метода преобразования. Изотопы дают для задачи слишком мало энергии.

P.S. Прямое преобразование существенно проще двигателя на осколках выглядит. Здесь осколки не надо выводить совсем из активной зоны, достаточно, чтобы они на стенки летели. Что касается критичности - то есть вариант сборки преобразующих элементов в периодическую решётке. Правда есть у меня стойкие подозрения, что всё равно без сверхделящихся изотопов вроде Am-242m) не получится. Да  масса замедлителя с отражателями потребуется большая, а они тяжёлые.

[Retired]

Думаю не стоит делать гигантскую единую активную зону. Там точно с таким обогащением будет проблема на проблеме. Нужно множество независимых (разделённых поглотителем) активных зон с массой топлива порядка критической (килограммы, десятки килограмм в зависимости от конкретного исполнения). 

Не получится хотя бы потому, что их (микрореакторы) придется разносить на большое расстояние заполненное поглотителями нейтронов, в противном случае рабочий - может инициировать соседние своими тепловыми (235 отлично щепится тепловыми то есть первичными)

[Андрей Курилов]

Кто нибудь, напомните пожалуйста, чем плохо ионы распада сразу направлять магнитным соплом в нужную сторону. Чем та идея хуже нынешнего пузыря?

[alex_semenov]

Ну да, ксенон взрыву атомной бомбы не помешает (95% 235го). У первой американской - 93% обогащения. Только как это чудовище удержать на управляемой "цепи" никто не знает. Она же распадется на кучу локальных "микрореакторов" предсказать коэф. размножения которых совершенно невозможно из-за тепловой инерции.

Хорошо, тогда какая максимальная степень обогащения  еще допустима? 75%? 50% 25%? Я слышал байку, что на первых наших АПЛ используовался уран с  50% обогащения.

[Retired]

Я скорее вообще о безальтернативности реактора деления безотносительно от метода преобразования. Изотопы дают для задачи слишком мало энергии.

Не скажите, с 50% номинала (по мощности и выгоранию ТВЭЛ) при полной заглушке реактора Чернобыля (РБМК-1000) при его выхолаживании - через месяц остается около 25% по теплу именно от распада изотопов

[alex_semenov]

Для критического реактора мощность по существу ограничено только возможностями теплосъёма.
. . .
Скорее определяется теплопроводностью диоксида урана.

Ага. Я тоже так и думал. Не должно быть никакого ограничения по чисто ядерным процессам. А теплопроводность - это да. То есть, если эта цифра правильная, то она не зависит от степени обогащения. Спасибо!

[Retired]

Хорошо, тогда какая максимальная степень обогащения  еще допустима? 75%? 50% 25%? Я слышал байку, что на первых наших АПЛ используовался уран с  50% обогащения.

 (Александр?) тут нужно немного переформулировать Ваш вопрос. Какой тип реактора мы собираемся применять? Собственно от этого будет ясна степень обогащения "топлива". Но в любом случае реактор не сможет работать долгие годы вне зависимости от типа...

[AlexAV]

Не получится хотя бы потому, что их (микрореакторы) придется разносить на большое расстояние заполненное поглотителями нейтронов, в противном случае рабочий - может инициировать соседние своими тепловыми (235 отлично щепится тепловыми то есть первичными)

Зачем большое расстояние (если всё работает в тепловом спектре). Возьмём скажем европий-151 с его сечением поглощения в тепловом спектре 9200 барн. Т.е. пробег теплового нейтрона в нем до поглощения всего 53 мкм. Сантиметровая же стенка вообще будет практически идеальным экраном. Что не есть какая-то запредельная величина.

[AlexAV]

Кто нибудь, напомните пожалуйста, чем плохо ионы распада сразу направлять магнитным соплом в нужную сторону. Чем та идея хуже нынешнего пузыря?

Осталась одна мелочь - подобрать такую конфигурацию поля, что есть задачка крайне нетривиальная, мягко говоря.

[Retired]

Зачем большое расстояние (если всё работает в тепловом спектре). Возьмём скажем европий-151 с его сечением поглощения в тепловом спектре 9200 барн. Т.е. пробег теплового нейтрона в нем до поглощения всего 53 мкм. Сантиметровая же стенка вообще будет практически идеальным экраном. Что не есть какая-то запредельная величина.

Навскиду подсчитать не смогу (нет справочных данных под рукой), но интуиция подсказывает что такой тонкий "экран" быстро нагреется до точки собственного плавления (испарения) за счет потерь на торможения нейтронного потока (очень плотного)

[Андрей Курилов]

Осталась одна мелочь - подобрать такую конфигурацию поля, что есть задачка крайне нетривиальная, мягко говоря.

Обычная магнитная петля, на оси вращения которой с одной из сторон находится тонкий стержень из распадающегося материала. Разве не будет так просто работать?

[AlexAV]

Обычная магнитная петля, на оси вращения которой с одной из сторон находится тонкий стержень из распадающегося материала. Разве не будет так просто работать?

Стержень у вас диаметром несколько сантиметров, а длинной метров десять (иначе критичности не будет). Вылетающий из центральной области ион должен пролететь всё это расстояние, причём ни в одной точке траектории не пересечь стенку.

Одной петли для этого недостаточно.

[alex_semenov]

С первым ответ дает  Циолковского: расход РТ как таковой бессмыслен, необходимо увеличивать скорость истечения (уменьшения, если угодно) массы РТ.

Извините, вы тут несете общепринятую чушь и бред.
Вы бы в график, что я вам привел ВСМОТРЕЛИСЬ бы.
Без лишнего зазнайства. Вам ПО ЭТОМУ ВОПРОСУ у нас тут надо учиться, учиться и учиться как завещал великий Ленин.

Нет, это правда! Я просто удивляюсь насколько очень образованные люди оказываются невежественны в ЭТОМ вопросе! И как тяжко даже до них доходят простые но непривычные факты, вытекающие, буквально, из школьной физики.
Это я вам как инженер инженеру. По-дружески.
 

Со вторым - аннигиляция (на много порядков энергетически эффективнее всех прочих возможных методов преобразования энергии).
Собственно все....

Аннигиляция - еще одна большая (и опять всеобщая) глупость. Максимум на что годится аннигиляция - катализ распада U-238 (есть проект так называемого антипротонного паруса). То есть в очень узком месте для очень легкого зонда.
Извините, но я считаю, что люди все еще  рассматривающие аннигиляцию как вариант - просто совсем не в теме.  Абсолютно не в теме!
Ядерной энергии вполне достаточно для перелета к ближайшим звездам за вменяемое время (скажем 100 лет). Большая калорийность не просто не нужна, но и вредна. Главный инженерный вопрос тут - в извлечении этой энергии. Как только вы пытаетесь ее извлечь много и сразу, у вас она превращается в паразитные формы энергии и  упорно не хочет превращаться в полезные. В этом главная проблема.
В том же взрыволете (проект "Орион"), например.

Если вы хотите говорить об оторванных от земли но действительно подающих надежду проектах, то лучшее что тут есть - гелиевый термоядерный реактор- амбиполярная ловушка от Виверна. Если все звезды сойдутся на небе для этой иди (что будет уже чудом) то можно рассчитывать на 40 тонн при 3 Гвт тепловой мощности. Если у этого чуда масса ПН равна массе двигателя и если треть этой мощности можно таки напрямую преобразовать в реактивную струю (а остальную с божьей помощью расселят таки  вокруг в виде нейтронов, рентгена и тепла) то считайте полезную удельную мощность: 1 000 000 кВт/ 80 000 =12.5 кВт/кг. Порядка 400 лет полета.
Что тут еще обнадеживает? Работает принцип роста удельной мощности с ростом линейных размеров. Для километровой ажурной трубы уже можно наедятся получить порядка 100 кВт/кг…

Просьба к другим участникам. Не начинать обсуждение тут виверн-джет. Я его привел только как пример. И еще не факт что эта конструкция вообще способда давать хоть ватт энергии в плюсе. Пока все подобные машины энергию только жрут...

[Андрей Курилов]

AlexAV, я не про реактор, а про радиоктивные изотопы.

[AlexAV]

Навскиду подсчитать не смогу (нет справочных данных под рукой), но интуиция подсказывает что такой тонкий "экран" быстро нагреется до точки собственного плавления (испарения) за счет потерь на торможения нейтронного потока (очень плотного)

В нейтроны уходит только 3% энергии деления (плюс какая-то добавка будет от (n, gamma) процессов). Причём далеко не каждый нейтрон, возникающий в ядре будет доходить до стенки. Т.е. на её нагрев пойдут единицы процентов мощности ячейки в худшем случае. Маловероятно, что это будет существенной проблемой.

[Retired]

Стержень у вас диаметром несколько сантиметров, а длинной метров десять (иначе критичности не будет). Вылетающий из центральной области  должен пролететь всё это расстояние, причём ни в одной точке траектории не пересечь стенку.

Тут Вы даже более правЫ, чем сами написали У тонкого длинного стержня, даже будучи изготовленного из самого что ни на есть "реактивного" материала - критичности вообще не будет хоть при бесконечной длине.

[AlexAV]

Тут Вы даже более правЫ, чем сами написали  У тонкого длинного стержня, даже будучи изготовленного из самого что ни на есть "реактивного" материала - критичности вообще не будет хоть при бесконечной длине.

Совершенно согласен. Но здесь имелась ввиду конечно квазибесконечная решётка таких стержней в поперечных направлениях.