Годится ли ионный двигатель для звездолетов?

[Retired]

Из этого только следует, что ампула нужна танталовая, а не циркониевая. 

И типовая длина тормозного пробега у тантала по сравнению с цирконием....

[Retired]

Можно разделить вымораживанием:
Гелий совсем не вымерзнет, ксенон на полпути, а все остальное еще раньше.

И энергетические затраты на криогенку порушат всю красоту.

[SY]

И энергетические затраты на криогенку порушат всю красоту.

вокруг(кроме радиатора) практически абсолютный ноль.

[SY]

И типовая длина тормозного пробега у тантала по сравнению с цирконием....

У кого? Нейтрона?

[Retired]

вокруг(кроме радиатора) практически абсолютный ноль.

Вакуум хороший теплоизолятор (извечная проблема конструкторов КА) - отводить тепло в космосе - очень непросто...

[Retired]

У кого? Нейтрона?

Да, а разве нет? Тантал (после бора, кадмия, индия - по эффективности) используют как ПОГЛОТИТЕЛЬ нейтронов (сечение захвата до 17000 барн).

[SY]

Надо сечение захвата смотреть это более критично

[AlexAV]

Да, а разве нет? Тантал (после бора, кадмия, индия - по эффективности) используют как ПОГЛОТИТЕЛЬ нейтронов (сечение захвата до 17000 барн).

Вы что-то перепутали. Точнее наполовину.

У природного тантала есть два изотопа.

Ta-181 (99,9877%) c сечением поглощения 21 барн.
И Та-180 (0,0123%) с сечением поглощения 700 барн.

Второй (очень редкий изотоп) - действительно неплохой поглотитель. Но его мало, очень мало. А вот в среднем по природному танталу получается только около 21 барна. Что конечно сильно хуже чем у циркония (0,184 барн), но с учётом высокого обагощение кажется некритичным.

[Проходящий Кот]

.....
AlexAV, а вот такая идея. А что если эмиттер термопреобразователя сделать стенкой твэла? Тогда, отработав 10 лет в реакторе на предельных режимах (2200 К) мы его выкидываем и вставляем новый. Проблема с испарением ослабевает и восстанавливать эмиттер не надо (коллектор у нас при 1200 К, более стойкий - это собственно част реактора). Что мешает так решить вопрос?
Это на Земле нам нужно в зазоре вакуум поддерживать, в космосе же и так вакуум. Вставили, шайбой уплотнительной закрыли, подали ксенон. И все дела! Пошел процесс как новенький!

Странно, что до этой идеи не додумались в реале. Что-то мешает сделать это.....

[Retired]

Вы что-то перепутали. Точнее наполовину.

У природного тантала есть два изотопа.

Ta-181 (99,9877%) c сечением поглощения 21 барн.
И Та-180 (0,0123%) с сечением поглощения 700 барн.

Второй (очень редкий изотоп) - действительно неплохой поглотитель. Но его мало, очень мало. А вот в среднем по природному танталу получается только около 21 барна. Что конечно сильно хуже чем у циркония (0,184 барн), но с учётом высокого обагощение кажется некритичным.

Я исходил именно из эффективности реакции, Вы правы относительно 180/181, но относительно циркония - огромные потери (сотни раз) -это принципиально существенно.

[Retired]

Странно, что до этой идеи не додумались в реале. Что-то мешает сделать это.....

Первое Начало Термодинамики мешает, сильно.

[SY]

Все-таки тантал в активной зоне - не хорошо. Ниобий или цирконий много лучше.

Другой важной характеристикой, в особенности для тепловых реакторов, является вероятность резонансного поглощения, или поперечное сечение нейтронов, замедляющихся от энергии деления до тепловой. Это сечение является «эффективным» и может использоваться в двухгрупповой методике нейтронно-физического расчета реактора при оценке вероятности захвата нейтрона деления до его термализации (гл. 4). Вольфрам и тантал имеют большое число резонансов в надтепловых областях, поэтому они обладают высокими значениями сечений резонансного поглощения. Поскольку в обоих случаях'сечение резонансного поглощения даже несколько больше, чем сечение поглощения тепловых нейтронов, то невыгодно рассматривать их применение в качестве полугомогенно распределенных материалов ТВЭЛ. В действительности с точки зрения нейтронной физики.для эффективного использования этих материалов в ТВЭЛ необ-’ ходимо размещать материал в матрице из замедлителя та-, ким образом, чтобы термализация нейтронов происходила при' незначительном резонансном поглощении надтепловых нейтронов материалом конструкции ТВЭЛ. Ho даже и в этом случае величина загрузки, необходимой для создания критичности реактора с использованием природного вольфрама, слишком велика и может привести к снижению прочности

из
Ядерные двигатели для самолетов и ракет
Автор: Бассард Р.
Другие авторы: Делауэр Р.
Издательство: Мин. обороны СССР
Год издания: 1967
Страницы: 399

Может и старье, но все же.

[AlexAV]

Все-таки тантал в активной зоне - не хорошо. Ниобий или цирконий много лучше.

Лучше конечно, никто не спорит. Но для высокообогащенного топлива критичности не слишком сложно добиться даже для системы с полностью поглощающей стенкой. При снижении обогащения это конечно может действительно становиться проблемой...

[Retired]

Ho даже и в этом случае величина загрузки, необходимой для создания критичности реактора с использованием природного вольфрама, слишком велика и может привести к снижению прочности

Вспоминаются мне нейтронные и гамма (точнее рентген) коллиматоры из вольфрама (изотоп не помню, но вроде все природные - стабильны) и странно это сопоставляется с "создания критичности реактора с использованием природного вольфрама"

[Retired]

Лучше конечно, никто не спорит. Но для высокообогащенного топлива критичности не слишком сложно добиться даже для системы с полностью поглощающей стенкой. При снижении обогащения это конечно может действительно становиться проблемой...

А какой смысл повышать мощность двигла, чтобы на зажатом ручнике ехать? Чем цирконий не угодил?

[AlexAV]

А какой смысл повышать мощность двигла, чтобы на зажатом ручнике ехать? Чем цирконий не угодил?

При прочих равных цирконий конечно лучше. Это только на случай если цирконий не подойдёт по коррозии или жаропрочности.

[SY]

Но для высокообогащенного топлива критичности не слишком сложно добиться даже для системы с полностью поглощающей стенкой. При снижении обогащения это конечно может действительно становиться проблемой...

При таком сечении поглощения,  стенка быстро перестанет быть вольфрамовой.
Хотя есть труды, где именно из вольфрама расчитывали делать ТВЭЛы.

При прочих равных цирконий конечно лучше. Это только на случай если цирконий не подойдёт по коррозии или жаропрочности.

Может все пересчитать на цирконий и мокс-топливо. 400 Вт тепла на 10г топлива не так уж и плохо, а главное реально.

[AlexAV]

При таком сечении поглощения,  стенка быстро перестанет быть вольфрамовой.

Не стоит преувеличивать. Там большое поглощение в резонансной области, а в тепловой и области быстрых нейтронов - ничего особенного. Т.е. при правильной конструкции (когда в оболочке нейтронов промежуточных энергий будет немного), поглощение в ней будет невелико по сравнению со скорость деления топлива.

Может все пересчитать на цирконий и мокс-топливо. 400 Вт тепла на 10г топлива не так уж и плохо, а главное реально.

Метало-оксидное топливо плохо тем, что степень его выгорания получается достаточно умеренной из-за изменения его механических свойств. Более 200 МВт сутки/кг получить сложно, при этом будет выгорать только около 20% топлива, а при высоком обогащении оно при этом ещё может сохранять критичность.

[Проходящий Кот]

Странно, что до этой идеи не додумались в реале. Что-то мешает сделать это.....

Первое Начало Термодинамики мешает, сильно.

С чего это?
Часть энергии через термопреобразователи превращается в электроэнергию......

[SY]

Я пока склоняюсь больше к жидкому плутонию в тугоплавкой ампуле. Проще организовать отрицательную обратную связь по температуре, нет проблемы распухания (жидкость однако), и теплопроводность намного выше оксидов и карбидов (металл есть металл).

Плутоний, это еще тот металл, у него исключений больше, чем закономерностей.
Он достаточно легкоплавкий(639,7°C), но имеет высокую температуру кипения(3235 °C), т.е. остается жидким в широком диапазоне температур. В районе 2000К давление насыщенного пара растет практически по экспоненте:
 P (Па)      при T (К)
1             1756 
10           1953
100         2198
1000       2511
10 000    2926
100 000  3499

Теплота испарения 343,5 кДж/моль

Если рассмотреть ТВЭЛ с жидким(расплавленным) плутонием, то в нем должно быть предусмотренно место(объем) для продуктов деления. Т.е. процесс испарения плутония будет иметь место.
А также будут локальные неоднородности в распределении плутония и, соответственно, в тепловыделении. В местах локального перегрева будет интенсивное испарение плутония, тем самым будет разрушаться неоднородность. Можно сделать аналог тепловой трубки, но с использованием плутония в качестве рабочего тела. В активной зоне плутоний будет испаряться, а в холодильнике, за пределами активной зоны, конденсироваться, и в жидком виде возвращаться в активную зону. Термоэмиссионый элемент можно делать, как в активной зоне реактора, так и в условно холодной. Наверное, можно подобрать такое соотношение объем элемента/количество плутония и температуру в реакторе/холодильнике, что этот процесс сможет "тонко" регулировать критичность реактора за счет испарения высококритичных участков.


Само собой есть много сложностей с агресивностью плутония и с продуктами деления.