Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[SONY]

Как-то давно у китайцев испытывались катоды на основе карбид-гафниевых нанотрубок.

Нанотрубки тут принципиально не подходят: они - тонкий поверхностный слой, который в условиях дуги просто распылится за секунды. Для дуги катоды обязательно должны быть массивным материалом.

Сейчас наверняка наизобретали более сложных систем с меньшей работой выхода

У давным-давно известного оксида бария работа выхода 1,0 эв - куда ниже, чем у карбида гафния.
Только вот материал катода приходится выбирать исходя из целой кучи параметров, а не только из работы выхода. Поэтому большинство катодов делается вовсе не из оксида бария, какой бы низкой ни была его работа выхода.

В частности в нашем случае один из самых главных параметров - коэффициент распыления ионами рабочего газа. Причём, что немаловажно, распыление есть как чисто механическое (ион ударил, передал энергию атому катода, тот улетел), так и химическое... Двигатель ТРИНИТИ делает в первую очередь под водород, а карбиды и оксиды с водородом не "дружат": при облучении их водородом образуются газы типа ацетилена и вода соответственно, которые радостно улетают из катода.

[SONY]

А большая ли это проблема заменять катод?

На полпути до Юпитера-то?..
Хотя какой, к чёрту, Юпитер, оно и до Луны с таким ресурсом не долетит... Если аппарат имеет заправленную массу даже ничтожные (как для монстра на полмегаватта электрической мощности) 10 тонн, израсходовав 518 кг водорода при 100 км/с удельного импульса он получит delta-V 5,32 км/с, а этого на малой тяге хватит только чтобы поднять высоту орбиты с начальных 800 км до 81 000 км, что даже не четверть дистанции до Луны!

[Водитель]

Вот потому я и не верю во все эти плазменные термоядерные планетолёты. С принципиально микроскопической тягой любых ЭРД что то тяжёлое на них быстро таскать невозможно. 

[algol5720]

Вот потому я и не верю во все эти плазменные термоядерные планетолёты. С принципиально микроскопической тягой любых ЭРД что то тяжёлое на них быстро таскать невозможно.

Учитывая ресурс и гравпотери получается на химии и дешевле и быстрее...Но работать над ТЭМом все-таки необходимо,тк здесь находят применение самые передовые технологии в области физики,химии и конструкционных материалов.

[Шлангенциркуль]

С принципиально микроскопической тягой любых ЭРД что то тяжёлое на них быстро таскать невозможно. 

Был бы адекватный источник энергии, можно было бы ставить хоть сотнями, или думать над более мощными. Но пока увы и ах.

[Alexandr_A]

Нанотрубки тут принципиально не подходят: они - тонкий поверхностный слой, который в условиях дуги просто распылится за секунды. Для дуги катоды обязательно должны быть массивным материалом.

Это сплошной монолитный кусок, тупо спрессованый. Тонкий слой только там где оно оправдано.

У давным-давно известного оксида бария работа выхода 1,0 эв - куда ниже, чем у карбида гафния.
Только вот материал катода приходится выбирать исходя из целой кучи параметров, а не только из работы выхода. Поэтому большинство катодов делается вовсе не из оксида бария, какой бы низкой ни была его работа выхода.

Для катодов применяют композиты с нанотрубками потому что у них работа выхода меньше чем у того же хим состава в обычном состоянии. Другие параметры как тепло и электропроводность выше.

В частности в нашем случае один из самых главных параметров - коэффициент распыления ионами рабочего газа.

Да, это про стойкость катода, которая у вольфрама хуже чем даже у простого гафния или тантала. 

так и химическое... Двигатель ТРИНИТИ делает в первую очередь под водород, а карбиды и оксиды с водородом не "дружат": при облучении их водородом образуются газы типа ацетилена и вода соответственно, которые радостно улетают из катода.

Ну, тут спорный вопрос, так как углерод в карбиде гафния связан сильнее чем атомы многих твердых веществ. Претендент на первое место по этому показателю. Вольфрам в свою очередь, прекрасно образует гидриды, а при тех условиях их так же легко снесет с поверхности катода как и летучие вещества.
Да и про инертные газы надо помнить. На испытаниях их использовали с тем же вольфрамовым или молибденовым катодом. На сколько из-за этого произошло увеличение ресурса катода в сравнении с водородом? Скорее всего, влияние химической активности водорода было не так велико. Времени на проникновение в поверхность у него нет, ведь после каждого выстрела катод оказывается в вакууме. 

[SONY]

Это сплошной монолитный кусок, тупо спрессованый.

Тогда в чём суть нанотрубчатости?..
Обычно в таких вещах суть нанотрубок в том, что на их торчащих перпендикулярно поверхности кончиках создаётся очень мощное электрическое поле, которое легко вырывает электроны. А если нанотрубки абы как спрессованы, то в чём отличие от просто керамики?

Для катодов применяют композиты с нанотрубками потому что у них работа выхода меньше чем у того же хим состава в обычном состоянии. Другие параметры как тепло и электропроводность выше.

Ещё раз: это работает когда нанотрубки ориентированы перпендикулярно поверхности.
Может ссылку на исходную статью дадите?

Да, это про стойкость катода, которая у вольфрама хуже чем даже у простого гафния или тантала.

В первом приближении вольфрам вообще не распыляется водородом. Что и позволяет сделать крайне долгоживущий (2400 часов при таких нагрузках - это очень и очень много) катод. А ещё позволяет делать долгоживущие стенки термоядерных установок.
С какого потолка вы взяли, что тантал или, тем более, гафний лучше - это "одному богу известно". Будь гафний более стойким к распылению протонами, никто и не подумал бы делать стенки ITER из вольфрама.

Вольфрам в свою очередь, прекрасно образует гидриды

Гидридов вольфрама не существует...
Вы не можете просматривать это вложение.
(B. В. Фролов, "Химия", издание третье, переработанное и дополненное, Москва «Высшая школа», 1986)

Ну, точнее, при очень низких температурах в матрицах из твёрдых инертных газов и каких-то ещё хитрых условиях косвенными методами удавалось зафиксировать признаки существования гидридов вольфрама, но это нас, мягко говоря, не волнует.

Учитывая разницу между реальными свойствами вольфрама и вашими заявлениями о нём, задумайтесь, насколько плохо вы разбираетесь в вопросе...

[Diy]

Вот потому я и не верю во все эти плазменные термоядерные планетолёты. С принципиально микроскопической тягой любых ЭРД что то тяжёлое на них быстро таскать невозможно.

Зато эта тяга долгая и на больших расстояниях получается быстро.

[Chilik]

Сам по себе ролик был бы непонятно о чём, по крайней мере для меня, комментарий Конаныхина кое-что объяснил, хотя полностью только Сони прояснил.

Сам по себе ролик рассказывает про студенческую работу по двумерному моделированию в рамках МГД-приближения. И ценность представленной в ролике работы примерно соотвветствует студенческой. Там есть несколько моментов, которые сразу бросаются в глаза. Например, общая неряшливость, характерная и для некоторых организаций в целом. Например, при написании исходной системы уравнений (на 3:10) везде магнитное поле описывается вектором H вместо скрепного B (посмотрите в учебнике по электродинамике или хотя бы в Вики, как на самом деле уравнения Максвелла выглядят). Конкретно здесь - не смертельно, поскольку плазма - это почти вакуум. Но только это просто неряшливость в мозгах. Известно, что Королёв сразу увольнял конструкторов, которые на чертежах в графе "Материал" писали "нержавейка". Ну и по модели вопросов много. Я не увидел ничего про переходной (ленгмюровский) слой, который определяет распределение потенциала по радиусу, не увидел ничего про состав рабочего тела по степеням ионизации и возбуждения, не увидел ничего про аномальное сопротивление (а для конкретно КСПУ эти штучки работают, известно уже лет 40 минимум). Трёхмерные эффекты могут всё перевернуть довольно сильно. А они тут могут быть существенными, ибо токи в плазме - это штука с большой свободной энергией, иногда причудливо самоорганизующаяся в неприятную конфигурацию.
Короче, пока это упрощённая модель, которая выдаёт красивые цветные картинки. Студент толков и жизнерадостен. Красивые картинки есть. Позитив. Если над моделью работать, то со временем получится что-нибудь полезное.

Disclaimer. Возможно, модель более серьёзная, чем показано в ролике, это запросто. Но про то я не знаю, что вижу - о том пою.

[Chilik]

Да и про инертные газы надо помнить. На испытаниях их использовали с тем же вольфрамовым или молибденовым катодом. На сколько из-за этого произошло увеличение ресурса катода в сравнении с водородом? Скорее всего, влияние химической активности водорода было не так велико.

Там, скорее всего, при переходе на инертный газ (аргон?) я бы лично ожидал снижения ресурса. По простой причине. Химия важна разве что для графита, причём в интервале температур около 1000 градусов (эффект, известный в крупных плазменных установках). А дальше имеет роль скорость физического распыления. Тут тупо аналогия: стенка вещества - это кирпичики, налетающая плазма - это шарики. Если шарик маленький (водород), то при попадании на стенку он передаст кирпичику не очень большую кинетическую энергию. Если тяжёлый (аргон) - то передача энергии больше и стенка разрушается сильнее. Не случайно в полупроводниковой индустрии при некоторых процессах используется очистка поверхности разрядом в аргоне - все неровности и грязь сносит, как наждаком.

[Chilik]

В первом приближении вольфрам вообще не распыляется водородом. Что и позволяет сделать крайне долгоживущий (2400 часов при таких нагрузках - это очень и очень много) катод. А ещё позволяет делать долгоживущие стенки термоядерных установок.

Практически не распыляется при энергии падающих протонов до масштаба 50 эВ, потом энергии частиц уже начинает хватать для выбивания атомов из кристаллической решётки.

[SONY]

не увидел ничего про состав рабочего тела по степеням ионизации и возбуждения

Там же водород...

Практически не распыляется при энергии падающих протонов до масштаба 50 эВ

А у нас тут 50 эВ - это только энергия направленного движения на выходе из ускорителя, энергия теплового движения, с которой ионы ударяют по катоду, много ниже.

[opinion]

не увидел ничего про состав рабочего тела по степеням ионизации и возбуждения

Там же водород...

Практически не распыляется при энергии падающих протонов до масштаба 50 эВ

А у нас тут 50 эВ - это только энергия направленного движения на выходе из ускорителя, энергия теплового движения, с которой ионы ударяют по катоду, много ниже.

Ионы ударяют по катоду с гораздо большей энергией, чем тепловая. Погуглите катодное падение потенциала.

[Alexandr_A]

Ещё раз: это работает когда нанотрубки ориентированы перпендикулярно поверхности.

Ориентировать не пробовали, это сложно. Нанотрубки это молекулы если что.
Эффект есть и без того, так как они остаются целыми.

В первом приближении вольфрам вообще не распыляется водородом. Что и позволяет сделать крайне долгоживущий (2400 часов при таких нагрузках - это очень и очень много) катод. А ещё позволяет делать долгоживущие стенки термоядерных установок.
С какого потолка вы взяли, что тантал или, тем более, гафний лучше - это "одному богу известно". Будь гафний более стойким к распылению протонами, никто и не подумал бы делать стенки ITER из вольфрама.

Потому что гафний стоит 800 долларов за кг, купить не просто, а вольфрам это бытовуха, принимается даже в качестве лома.

Гидридов вольфрама не существует...

Точнее они не устойчивые, но при тех температурах это будет не важно. Я же говорил, что энергия связи и работа выхода электрона важны - остальное вторично. 
Вы лучше подумайте как использовать такую мегараспиаренную установку, у которой ресурс катода всего 2400 часов, да и то в теории.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Моя не понял. Ну, разрушается катод по мере работы двигателя. Почему его не сконструировать выдвижным? Катод разрушается и по мере этого выдвигается новая неразрушенная часть? Или там существует в конструкции что-то, что налагает запрет на такое решение? Я не спец и мне действительно интересно.

[Бертикъ]

Или там существует в конструкции что-то, что налагает запрет на такое решение?

Именно так. Катод у КСПУ представляет собой весьма непростую штукенцию. Вот на фото одна из конструкций КСПУ. Катод - внутри по оси.
Вы не можете просматривать это вложение.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Или там существует в конструкции что-то, что налагает запрет на такое решение?

Именно так. Катод у КСПУ представляет собой весьма непростую штукенцию. Вот на фото одна из конструкций КСПУ. Катод - внутри по оси.
Вы не можете просматривать это вложение.

Ну, то что у кого-то он выглядит так, это не значит, что он не может выглядеть иначе, если поставлена соответствующая цель...

[Бертикъ]

Или там существует в конструкции что-то, что налагает запрет на такое решение?

Именно так. Катод у КСПУ представляет собой весьма непростую штукенцию. Вот на фото одна из конструкций КСПУ. Катод - внутри по оси.
 

Ну, то что у кого-то он выглядит так, это не значит, что он не может выглядеть иначе, если поставлена соответствующая цель...

Конкретные конструкции катодов КСПУ могут быть разные, но форма (профиль) - единая. Определяется процессами ускорения плазмы. А если катод будет выглядеть иначе, то это будет тоже плазменный ускоритель, но уже не КСПУ. И его надо будет рассчитывать, исследовать и отрабатывать по-новой.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Или там существует в конструкции что-то, что налагает запрет на такое решение?

Именно так. Катод у КСПУ представляет собой весьма непростую штукенцию. Вот на фото одна из конструкций КСПУ. Катод - внутри по оси.
 

Ну, то что у кого-то он выглядит так, это не значит, что он не может выглядеть иначе, если поставлена соответствующая цель...

Конкретные конструкции катодов КСПУ могут быть разные, но форма (профиль) - единая. Определяется процессами ускорения плазмы. А если катод будет выглядеть иначе, то это будет тоже плазменный ускоритель, но уже не КСПУ. И его надо будет рассчитывать, исследовать и отрабатывать по-новой.

Ну что ж. Может кто это и сделает... 

[Бертикъ]

Или там существует в конструкции что-то, что налагает запрет на такое решение?

Именно так. Катод у КСПУ представляет собой весьма непростую штукенцию. Вот на фото одна из конструкций КСПУ. Катод - внутри по оси.
 

Ну, то что у кого-то он выглядит так, это не значит, что он не может выглядеть иначе, если поставлена соответствующая цель...

Конкретные конструкции катодов КСПУ могут быть разные, но форма (профиль) - единая. Определяется процессами ускорения плазмы. А если катод будет выглядеть иначе, то это будет тоже плазменный ускоритель, но уже не КСПУ. И его надо будет рассчитывать, исследовать и отрабатывать по-новой.

Ну что ж. Может кто это и сделает... 

Дык, так вся суть космического применения КСПУ состоит в том, чтобы пристроить (без переделок!) некосмический девайс в финансируемую тематику. Раз уж с термоядом не задалось.