Форум Новости Космонавтики

Тематические разделы => Средства выведения и другие технические вопросы => Тема начата: Димитър от 05.08.2010 22:30:34

Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 05.08.2010 22:30:34
http://go2starss.narod.ru/pub/E021_NSWR.html
а также Википедия - "Ядерный ракетный двигатель на гомогенном растворе солей ядерного топлива"

Ядерный ракетный двигатель на гомогенном растворе солей ядерного топлива (англ. nuclear salt water rocket) — тип конструкции ЯРД, предложенный в 1991 г. американским инженером Робертом Зубриным (Robert Zubrin). В предложенной Зубриным концепции ядерное топливо, по сути, одновременно играет и роль рабочего тела, выбрасываемого из сопла двигателя. Таким топливом служит водный раствор тетрабромида урана, обогащенного до 20 % по изотопу U-235.
(Тетрабромид урана UВr4 – гигроскопичное, хорошо растворимое вещество темно-коричневого цвета; в водных растворах в значительной степени гидролизовано. Температура плавления по различным данным составляет (519 – 590) оС; tкип.= 761 оС; плотность = 5,35 г/см3. Может быть получен по реакции: UO2 + 2С + 2Вr2 = UВr4 +2СО)
 Концентрация этой соли в водном растворе может достигать 30 %. Для такого раствора (в случае одной ёмкости хранения) критическая масса составит несколько десятков килограммов. Для предотвращения начала цепной реакции в емкостях последние должны быть выполнены из материалов, поглощающих нейтроны, соответствующей геометрии- например, в виде тонких труб из карбида бора. Устройство собственно двигателя выглядит следующим образом. Топливо из емкостей хранения подаётся в реакционную камеру в таком количестве и с такой скоростью, чтобы цепная реакция (начавшись в камере), достигала своего максимума вблизи окончания корпуса двигателя (соответственно, корабля). В сущности, непосредственно за соплом двигателя создаётся область постоянного «ядерного горения». Высокая температура в зоне реакции испаряет воду рабочего тела и создаёт тягу выхлопом высокотемпературного газа. В ЯРД Зубрина коэффициент использования энергии ядерного распада значительно выше — поскольку ядерное топливо и рабочее тело объединены. При реакции они полностью выбрасываются из корабля. А принцип выноса зоны реакции из корпуса двигателя позволяет снять ограничение температурных режимов реактора, и достигать значительно больших температур и давлений. Так, по некоторым расчетам, при эффективности выгорания ядерного топлива 0.8, скорость истечения рабочего тела для такого ЯРД составит 66,000 м/с, удельный импульс 6,730 секунд, мощность двигателя - 427 ГВт, тяга 12.7 меганьютон, тяговооруженность = 40, масса двигателя 33 метрических тонны. Уникальной характеристикой ЯРД Зубрина является также сочетание высокого значения удельного импульса и большой общей тяги (развиваемое ускорение может составить несколько g).
Зубрин так же показывает, как NSWR может бы использована и для более честолюбивой 120-и летней односторонней миссии автоматического зонда к Альфа Центавра. Он предлагает 300 тонный космический корабль несущий 2700 тонн топлива в виде водного раствора соли урана, обогащенного до 90%. Это высокоэнергетическое горючее будет сгорать в двигателе с высокой эффективностью, что создаст скорость истечения ракетной массы в 4 700 000 м/с. Такая скорость истечения позволит развить кораблю скорость, которая составит 3,63% от скорости света. Зубрит предлагает использовать большую часть всего запасенного на борту топлива для ускорения, а потом применить магнитный парус (смотри майский "Аналог"-92) для торможения в результате движения того против межзвездной среды.
Зубрин указывает, что ни смотря на высокую радиоактивность истекающей из NSWR реактивной массы, сама конструкция двигателя не должен быть радиоактивной в сколько-нибудь значительной степени. Само топливо имеет только альфа-радиоактивность низкого уровня. Продукты деления уносятся в космос в виде плазмы, а наведенная радиоактивность от сильного потока нейтронов, возникших в результате сжигания топлива, может быть минимизирована использованием в конструкции двигателя таких низко-активируемых нейтронами материалов как графит и карбид кремния. Как только двигатель выключат, вокруг него не должно появится существенного радиоактивного фона, который мог бы подвергнуть опасности команду в случае пилотируемой миссии.
Зубрин, утверждает, что скорость истечения в 66 км/с намного больше, чем скорость покидания для любой планеты и, если вектор истекающей струи не направлен на Землю, то "количество радиоактивных продуктов, попадающих на Землю, могло бы быть незначительным" даже если NSWR запускается с низкой орбиты. Фактически, так как атомы выхлопных газов имеют значительную скорость, они не связаны с силой притяжения Солнца и выброшенные из сопла скоро покинут Солнечную систему вообще.
Чрезвычайно высокая температура и скорость истечения создает специфическую проблему при конструировании сопла для NSWR, которое не должно разрушится в течение длительного периода работы. Зубрин предположил, что непрерывный поток обычной (не соленой) воды текущий по поверхности камеры сгорания и сопла, возможно и мог бы обеспечить охлаждение двигателя, а так же дополнительную реактивную массу, но эта идея остается неясной пока не будет продемонстрирована. Окончательный проект системы так же должен рассматривать возможные отказы, включая возможность отказа топливного насоса. Такой режим может привести к взрыву топлива в пределах камеры, а не позади нее. Все эти проблемы, скорее всего, разрешимы.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 07.08.2010 16:51:38
Двигатель, весящий не больше, чем обичный ЖРД, дающий скорость истечения в 66 км/сек на большой тяге (а в перспективе - 4700 км/сек), которого можно сделать уже сейчас, не изобретая ничего нового, никого не интересует ???  :shock:
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Chilik от 07.08.2010 13:07:08
ЦитироватьДвигатель <здесь> никого не интересует ???  :shock:
Двигатель интересует. Сказки для взрослых - не очень.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Monoceros от 07.08.2010 18:03:35
ЦитироватьДвигатель, весящий не больше, чем обичный ЖРД, дающий скорость истечения в 66 км/сек на большой тяге (а в перспективе - 4700 км/сек), которого можно сделать уже сейчас, не изобретая ничего нового, никого не интересует ???  :shock:
А теплозащита как? :?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: mihalchuk от 07.08.2010 20:41:12
Нереально.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 07.08.2010 22:18:35
ЦитироватьА теплозащита как? :?
Проще, чем у "классического" ГФЯРД.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 07.08.2010 22:27:24
ЦитироватьЧрезвычайно высокая температура и скорость истечения создает специфическую проблему при конструировании сопла для NSWR, которое не должно разрушится в течение длительного периода работы. Зубрин предположил, что непрерывный поток обычной (не соленой) воды текущий по поверхности камеры сгорания и сопла, возможно и мог бы обеспечить охлаждение двигателя, а так же дополнительную реактивную массу, но эта идея остается неясной пока не будет продемонстрирована.
А я думал, что охлаждением камеры сгорания и сопла компонентами топлива ракетчиков не испугать...
Вроде делают уже?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: октоген от 08.08.2010 00:24:29
Цитироватьпри эффективности выгорания ядерного топлива 0.8,


РжалЪЪЪЪЪЪЪЪЪЪЪЪ



 В ядерной бомбе пушечной конструкции выгорает 5-7% урана, остальное в мусор. При том что условия ПМСМ  в движке будут хуже чем в бомбе с точки зрения физики деления.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Снусмумрик от 08.08.2010 01:55:38
Я предпочитаю "Орион". Его можно заодно применять как атомную пушку.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: mihalchuk от 08.08.2010 13:04:31
Нечто похожее обсуждалось в этой теме:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?p=505930&highlight=%FF%E4%E5%F0%ED%FB%E9#505930
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: октоген от 08.08.2010 15:57:23
ЦитироватьЯ предпочитаю "Орион". Его можно заодно применять как атомную пушку.


+1
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 08.08.2010 21:15:38
ЦитироватьНечто похожее обсуждалось
Давайте припомним:

mihalchuk
таким образом не добиться сверхвысокого УИ - как только жидкость вскипит, критические условия исчезнут, а нагрев нейтронов приведёт к затуханию реакции.

Wyvern
Все еще хуже. На самом деле критмасса водных р-ров урана и плутония вообще НЕСКОЛЬКО ГРАММОВ (и несколько литров воды) И цепная реакция в них продолжается только пока вода не переходит в пар - на этом, кстати, основаны растворные реакторы с внутренней безопасностью. Даже нескольких пузырьков пара достаточно, что бы реакция прекратилась. А аварий с р-рами делящихся веществ было много

mihalchuk
В одной из энциклопедий я прочитал, что критическая масса растворённого урана около 1 кг, про плутоний - не знаю. Для реакции неважно состояние вещества, но достижение критической массы сопровождается быстрым нагревом до кипения, в результате появления пузырьков пара и увеличения объёма состояние становится подкритическим. Но, думаю, если мы зафиксируем объём, то состояние всё-равно станет подкритическим из-за нагрева. В соляном растворе нейтроны быстро охлаждаются и долго блуждают по раствору, пока не найдут свой атом урана или плутония. При повышении температуры скорость и процесс диффузии нейтронов ускоряется, и они в большем количестве покидают зону реакции. словия становятся подкритическими. Именно это препятствует созданию в ракетном двигателе непрерывной масштабной цепной реакции, а ЯРД на соляном растворе едва ли будет лучше твёрдофазного на водороде.
Но в водородном ЯЭоРД всё-таки можно попытаться. Подаём по оси струи газ типа гексафторида урана. Гексафторид урана частично смешивается с водородом и в таком состоянии подходит к скачку уплотнения, за которым обжимается. За скачком уплотнения происходит интенсификация смешения гексафторида урана с водородом и достигаются сверхкритические условия.

Андрей Суворов
Странные у вас у обоих источники. Первый реактор на обогащённом уране назывался LOPO, содержал именно что раствор уранилсульфата и имел критмассу в 565 граммов. Он имел форму шарика диаметром 1 фут и был снабжён отражателем нейтронов из окиси бериллия (и графитовым основанием. Это абсолютный рекорд критмассы для уранового реактора.
Вообще-то, пар, в силу малой плотности, слабо замедляет нейтроны. Но уменьшение плотности при нагреве заметно и без парообразования, и можно так подобрать критмассу и геометрию, что ещё до начала кипения установка станет субкритической. Это, однако, в теории, а на практике нужно иметь запас на регулирование, чтобы компенсировать отравление реактора технецием и ксеноном
Дело в том, что сечение деления для ядра урана-235 или плутония-239 обратно пропорционально энергии (для тепловых и субтепловых нейтронов), а тепловыми нейтроны называются потому, что находятся в термодинамическом равновесии с замедлителем. Т.е. если температура замедлителя будет 300 К (комнатная), то энергия тепловых нейтронов будет 0,0025 эВ, а, если температура замедлителя будет 600 К (327 цельсия), то энергия тепловых нейтронов будет вдвое больше, а сечение деления - вдвое меньше. А вот сечение захвата без деления от энергии в этом диапазоне не зависит.
Диффузия и скорость замедления не зависят от температуры замедлителя.
Наиболее реалистичные газофазные проекты включают, как правило, твердофазную часть активной зоны. Она будет нейтроноизбыточной, и нейтроны, с помощью бериллиевого вытеснителя переправляются в газофазную часть. Которая является нейтронодефицитной, т.е. без участия твердофазной части - подкритичной. Если охлаждать твердофазную часть только топливом, то в ней может генерироваться до 25% нейтронов, но можно её охлаждать ещё и дополнительным теплоносителем по замкнутому циклу, доведя долю нейтронов до 30%. Это позволит здорово уменьшить размеры газофазного ТВЭЛа.
Замедлитель нужен всё равно - без него на быстрых или промежуточных нейтронах сечение деления слишком мало, и при реалистичных давлениях в газофазном ТВЭЛе критичность без замедления достигнута быть не может. Причём замедлитель должен быть ещё и отражателем, что довольно эффективно реализуется на тяжёлой воде, правда, слой получается очень толстым - метра полтора нужно, т.е. шарик диаметром больше трёх метров получается.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 15.08.2010 20:54:46
Цитироватькак только жидкость вскипит, критические условия исчезнут
Вижу два способа решить проблему:

1.Обеспечить в «камере сгорания» достаточно высокую реактивность, чтобы еще до испарения урановой «капли» выделилось достаточно энергии для получения приличного импульса (скорости истечения). В результате испарение «капли» будет взрывообразным и камера должна быть достаточно крепкой. Так, как «капля» не может быть меньше критической массы, выделение энергии тоже будет больше некоторого значения. Такая большая мощность в непрерывном режиме, скорее всего, будет не нужна. Так что двигатель будет работать в импульсном режиме – наподобие взрыволетов типа «Орион». Кстати, уменьшение мощности возможно уменьшением к.п.д. ядерного горения.

2. Создать условия для протекания реакции деления в газовой фазе – как в «классическом» ГФЯРД. Здесь может быть и увеличение размеров «камеры сгорания», и ТФЯР, питающий нейтронами газо-фазный реактор, и магнитное удерживание плазмы...
Это уже не то, что предлагает Зубрин. От Зубрина остается только идея отказаться от разделения рабочего тела и ядерного горючего. Но и только это достаточно, чтобы сделать осуществление ГФЯРД более легко достижимым.

В обоих случаях двигатель получается «грязный» -  больше, чем «классический» ГФЯРД, но все-таки меньше, чем Орион.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 16.08.2010 10:31:40
Прежде всего.
Ивана Моисеева на своем  сайте http://path-2.narod.ru/ вот в этом разделе http://path-2.narod.ru/02/03/list.htm любезно выложил по моей просьбе собственно Зубринский ПЕРВОИСТОЧНИК

Вот: http://path-2.narod.ru/02/03/nswr.doc

Nuclear salt water rockets: high thrust at 10,000 sec ISP

Сканировал из бумажной версии  JBIS, Vol 44 1991-й год.
Огромнейшее ему спасибо!
Обратите внимание!
Это эксклюзив. Сводобно доступный в основном русскоязычному читателю в сети (хотя и на английстком языке пока).

Я намерен эту статью перевести, хотя область гидродинамики для меня неродная и я в ней буквально плаваю, поэтому опасаюсь нахамутать...
Тем более что есть подозрения, что формулы в предоставленном Иваном док-файле несколько . . . неадекватно представлены.
:)
Кстати, название "Ядерный ракетный двигатель на гомогенном растворе солей ядерного топлива" на мой взгляд куда лучше чем то, как я перевел по приведенной здесь выше ссылке на мой перевод статьи из "Аналога"

http://go2starss.narod.ru/pub/E021_NSWR.html

Хотя "топливо" я заменил бы "горючим". И убрал два раза "ядерный" в названии. Еще надо добавить что "водный". В английской версии как раз речь идет о воде.

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ГОМОГЕННОМ ВОДНОМ РАСТВОРЕ ЯДЕРНОГО ГОРЮЧЕГО

Где-то так...
:)
Однако все это - шашечки. Нам же - ехать...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 16.08.2010 16:11:00
Цитировать
Цитироватьпри эффективности выгорания ядерного топлива 0.8,
РжалЪЪЪЪЪЪЪЪЪЪЪЪ
В ядерной бомбе пушечной конструкции выгорает 5-7% урана, остальное в мусор. При том что условия ПМСМ  в движке будут хуже чем в бомбе с точки зрения физики деления.

От части вы правы. 80% выгорания топлива в таком "физлере" (свистуне) за гранью добра и зла.
Но насколько я понимаю, это, как говориться, мечты. В более реалистичных вариантах двигателя процент выгорания ядерного топлива куда скромней.
И его достаточно просто оценить.
Попробуем?

Ядерное горючее (как мы знаем из детских книжек) обладает в миллионы раз большей ТЕПЛОТВОРНОСТЬЮ чем самое лучшее химическое топливо. Изюминка двигателя Зубрина в том, что используя только МИЗЕРНЫЙ процент выгорания ядерного горючего вы все равно можете получить на порядки  большую скорость истечения чем у химии.
Во сколько раз больше?
Это надо считать.
Давайте посчитаем "на пальцах".
Возьмем такие данные. Водный раствор на треть состоит из солей урана (0.33). Я полагаю "на треть" по массе. А собственно сам уран  обогащен U235, скажем до 20%. Если массой брома пренебречь (он ~ в 10 раз легче урана), то ОТНОШЕНИЕ массы горючего к ракетной массе (негорючих компонентов водного раствора) условно можно посчитать 0.33*0.2= 0,066. То есть ~6 % массы водного раствора - ядерное горючее. 60 грамм на килограмм. Остальное – это инертная ракетная масса, которая превращается в пар, верней плазму от которой "ракета отталкивается".

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/13677.jpg)

Посчитаем идеальный случай (ибо мы делаем качественную оценку). Сколько кинетической энергии надо сообщить ракетной массе в 1 кг чтобы та вылетала из сопла ракеты со скоростью 5 км/с?  50 км/с?  500?  1000?
Все очень просто. Школьная физика за 8-й класс.
Е=V^2/2. Предлагаю посчитать самому (не забыть перевести км в метры :).

Далее.
В энергетическая калорийность U235  83,14 ТДж/кг. Первоисточник http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%BD-235 (//%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%BD235)
Тераджоуль 10^12 Дж.
Очень много.
Вы следите за мыслью?
Теперь.
В каждом килограмме водного раствора у нас примерно 60 грамм U235.
Значит при 100% выгорании этих грамм на 1 кг ракетной массы (всего топлива) должно выделится примерно 4,9884E+12 Дж энергии.
Отсюда и пляшем.

Поделив кинетическую энергию необходимую для истечения 1 кг со скоростями 5, 50, 500 км/с .... на  "последнюю цифру" вы и получите необходимый Зубрину  КОЭФФИЦИЕНТ ВЫГОРАНИЯ УРАНА для идеального двигателя при заданной скорости истечения.
Логично?
Какой он будет реально – это второй вопрос. Но хуже идеального он быть не может. И если идеальный процент ничтожен – идея имеет смысл.
Привожу результаты моих собственных расчетов (обратите внимание это ПРОЦЕНТЫ!)

5 км/с  -  0,000250%
10 км/с - 0,001 %
50 км/с - 0,025%
100 км/с – 0.1%
500 км/с - 2,5%
1000 км/с – 10%
3000 км/с – 90%

Напомню. Это соли урана обогащенные всего до  20%. Видно, что для скорости истечения в 5- 100 км/с достаточно мизерного процента (одной тысячной) выгорания драгоценного топлива. А вот приближаясь к скорости истечения  ~1000 км/с необходимый процент выгорание горючего становится сравнимым с выгоранием в ядерных боеприпасах и вряд ли достижим в столь примитивной схеме.

Но для очистки совести давайте попробуем повысить процент содержания U235. Скажем, до рекордных, оружейных 90%. Которые Зубрин берет для звездолетной версии (см. переведенную мною статью).
Для этого процента обогащения я получаю такой процент выгорания для идеального двигателя Зубрина:

100 км/с – 0.02%
500 км/с – 0.5%
1000 км/с – 2%
3000 км/с – 18%

То есть для скоростей ~3 000 км/с мы все равно имеем слишком высокий процент выгорания и вряд ли достижимый в гидродинамической струе выдуманной Зубриным. Здесь (на таких скоростях истечения) зубринский свистун, думаю, никогда  не выдержит конкуренции с "Орионом". Но на скорости  истечения в 50- 500 км/с вполне можно "раскатать губу".

Разумеется. Все вышесказанное – слишком упрощенная схема рассуждений (я надеюсь вы ее отследили, а на просто прочли). Ясно, что в реальной конструкции НЕ ВСЯ ВЫДЕЛИВШАЯСЯ ЭНЕРГИЯ  превратится в кинетическую энергию реактивной струи (плазмы). То есть, реальная скорость истечения (а лучше бы сказать удельный импульс, ибо в плазме скорость понятие статистическое) будет в разы ниже. Я думаю 30% преобразования будет очень хорошим результатом. То есть только треть энергии пойдет в дело. Поэтому, реальная  скорость истечения снизится примерно на корень из 3. Но при наших процентах выгорания (сотые, тысячные доли процентов) этот показатель особой роли не сыграет. Наша качественная оценка опирается на порядки, но не разы.
Главный вывод.
Двигатель Зубрина – свистун, физлер, расточающий ядерное горючее крайне НЕЭФФЕКТИВНО. Даже пол процента выгорания  - это просто мизер в сравнении с пушечной схемой ядерной бомбы. Но, почему то уверен добится и такого процента выгорания будет очень трудно.
ОДНАКО!
Не важно что выгорите мизерная часть топлива.
За счет этого  Зубрин покупает простоту и КОМПАКТНОСТЬ конструкции.
И я полагаю, овчинка стоит выделки!
Например, в силу того, что двигатель работает непрерывно, он  не нуждается в сложных и тяжелых амортизаторах как на "Орионе", не говоря о том, что не нужны и сложные бомбы-драйверы и все связанное с ними подсистемы. И самое главное. "Орион" тем эффективней, чем крупней сам летательный аппарат. "Карманным" "Орион" сделать если и можно то крайне сложно. Двигатель же Зубрина может быть очень компактным.  При этом сохраняется уникальное сочетание  высокого удельного импульса (той самой скорости истечения) и высокая тяга. Как у Ориона (хотя ценой чего – отдельный вопрос). Так на скоростях ~ 50 км/с (это типичная скорость всех разрабатываемых ионных двигателей) ракета с таким двигателем по оценке Зубрина должна обладать  ускорение до 4g!!!
То есть обе концепции похожи, но не конкуренты друг другу, ибо работают в разных весовых категориях и в общем то для каждого идиальный диапазон скоростей истечения будет свой (на порядок-два разный).

Не знаю как кому, но я лично считаю такой двигатель ИДЕАЛЬНОЙ последней ступенью межзвездного зонда. Говорю это сразу, чтобы объяснить почему такой мечтатель как я (не опускающийся до низменных задач ближайшей космонавтки, считая ее гиблой фантазией) заинтересовался столь "примитивной" системой тяги.

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/13678.jpg)

Уточню для тех кто не знает. Я давно уже считаю, что если межзвездные корабли (зонды) когда-либо полетят, то они будут как и наши современные исследовательские зонды составными системами, использующие РАЗНЫЕ принципы тяги на разных стадиях полета.
Универсального решения нет и не будет.
Прежде всего, разгон будет осуществляться мощной и громоздкой системой-носителем, которая отделится от корабля и межзвездный полет не перенесет (при этом большая часть системы вообще никуда не полетит). Скажем межзвездный зонд разгоняетя лазерным парусом, пучком частиц, ионным двигателем запутываемым по  микроволновому лучу.
Сам полет корабля через межзвездную среду – отдельная проблема. Потребуется специальный шит. Целая система защиты от набегающего потока частиц и пыли.
Если корабль переживет полет через межзвездную среду следующая и совершенно отдельная проблема – торможение у цели.
Большая  часть торможение у цели без тени сомнения будет осуществляется МАГНИТНЫМ ПАРАШЮТОМ. Эта система настолько лучше любой ракеты, что  НЕ ИМЕЕТ КОНКУРЕНТОВ. Это тот самый магнитный парашют, который изболел (посчитал) тот же Зубрин.
Но!  Парашют не может использоваться до самого конца всей процедуру торможения. Его эффективность падает (или растет) пропорционально КУБУ скорости полета. На скорости ~ 1000 км/с парашют уже почти не работает (если тормозить и дальше им, то торможении растянете на десятилетия). Рано или поздно система должна  отбросить его и тормозить чем-то более эффективным. Третьей ступенью. Какой-то ракетной системой.
Кроме того. Уже затормозившему зонду как межпланетной станции потребуется  эффективный двигатель маневрирования который обеспечит перелеты внутри системы  по очень крутым траекториям переходить от одной планеты к другой экономя время и ресурсы на исследования.  
Верно?
Вот для этого и нужен компактный эффективный высокоимпульсный ядерный двигатель Зубрина. Его задача – погасить последние 1000 км/с (для этого достаточно 500 км/с скорости истечения) и обеспечить маневны зонда внутри системы.
Вот, собственно, почему я так заинтересовался этой идеей Зубрина.
Тот аппарат, что долетит до звезды (будучи автоматом) будет иметь относительно скромные массогабаритные параметры. Вписать в них схему "Орион" можно (скажем "медуза") но сложно.

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/49411.png)

Есть еще одна (вторая) альтернатива для третьей ступени. Антипротонный парус. То есть двигатель Зубрина у меня не единственный кандидат на последнюю, компактную ступень межзвездной системы.

http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/740Howe.pdf

(http://i.space.com/images/h_pbarsail_concept_02.jpg)

Но ракета Зубрина мне пока кажется первым кандидатом.
Что же касается применения ее для межпланетных полетов здесь, дома, в солнечной системе, то я считаю ее слишком грязной.
Чтобы Зубрин не говорил, выхлоп будет иметь максвелловское распределение скоростей частиц и некоторая часть грязного выхлопа неизбежно будет оседать в гравитационных полях.

Кстати, высокий импульс + высокая тяга создает очень специфическую проблему для данного двигателя. Не решенную Зубриным (а поэтому интересную для дальнейшего обсуждения).
Но об этом – отдельно.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 16.08.2010 16:11:45
Я думаю у данного двигателя есть две фундаментальные проблемы.

1) Чисто ядерная. Как обеспечить необходимый, пускай и  мизерный процент выгорания ядерного топлива? И здесь действительно нужно мнение ядерных физиков. Спецов. Насколько я понимаю, простая суть в том, что рост числа нейтронов происходит по экспоненте. Весь вопрос в согласовании этой кривой с другими физическими процессами в струе. Если кривая не достаточно круто растет, то струя успеет испарится и потеряет критические параметры задолго до того, как успеют прореагировать наши доли процентов топлива. То есть мы не дотянем до нужного уровня эрерговыделения, а значит в конечном итоге не получим нужной скорости истечения.
Если же экспоненциальная кривая слишком круто взлетает вверх наше топливо  прореагирует слишком рано. Скажем еще в камере смешивания. Это просто разрушит двигатель. Сложность в том, что полоса нормального режима работы двигателя скорей всего очень узкая. Двигатель капризен и опасен.
Но все эти детали – детали для зубров от ядерной физики.

Я хочу указать еще на одну огромную проблему.

2) Термодинамическая проблема камеры сгорании и (или) сопла. Это универсальная проблема ЛЮБЫХ ракетных двигателей, претендующих и на высокий импульс и тягу одновременно.
Суть вот в чем.
Чем выше скорость истечение, тем квадратично больше энергии надо вкачать в каждый килограмм отбрасываемой массы. А значит и мощность двигателя квадратично выше. А так как КПД процесса никогда не бывает 100% то бороться с разрушающим двигатель утечками паразитной энергии опять же квадратично сложней.
Если раньше у вас скорость истечения была 5 км/с а теперь в 10 раз больше, то вы должны через двигатель "прогнать" в 100 раз больше энергии (при том же расходе топлива). Если у вас 500 км/с, энергии прокачивается через двигатель в 10 000 раз больше.
Это при том же секундном расходе топлива!  
Конечно. Если вы хотите сохранить уровень тяги прежним (F=mv/t), скажем ускорение в 3-4 g, то увеличив скорость истечения в n раз вы в n раз можете снизить секундный расход ракетной массы. То есть в итоге энергетика на единицу тяги  растет только линейно.
Но учитывая, что даже химические движки при 5 км/с работают уже на границе термодинамических пределов лучших материалов, то 10 или 100 кратное увеличение удельной тепловой нагрузки на двигатель можно считать более чем нетривиальной задачей.
Уже термические ЯРД оказываются жирными переростками по сравнению с ЖРД, хотя их удельный импульс менее чем в 2 раза возрос.
ВОТ почему все современные ионные двигатели имеют столь мизерную тягу.
Имея скорость истечения в 50 км/с (в 10 раз большую чем у химических движков) и работая на пределе термодинамических возможностей материалов (кстати имея весьма высокий собственный кпд 70-95%) они вынуждены создавать тягу минимум в 10 и 100 раз меньшую по сравнению с ЖРД той же массы.
А учитывая, что электроэнергию для них надо еще и где-то взять (скажем, используя реактор, турбину, радиаторы, то есть  термодинамический цикл) то доступное ионным ракетам ускорение (при условии что источник энергии здесь же на борту) от силы десятые, а скорей всего сотые g.
Красивый ракетный выхлоп заодно является и радиатором. Но у ионной ракеты радиатор – гигантские поверхности-крылья которые очень неохотно расстаются с теплом. Ведь косом – это гигантский термос. Идеальный сосуд Дьюара, по сути.

На пути повышения (или хотя бы сохранения) тяги при повышении удельного импульса встает термодинамики. И здесь принцип получения, источник энергии не важен. В связи с этим рассуждения Зубрина, мол охладим наш движек чистой водой – фигня собачья.
Не получится.
Как по мне, если что-то и можно сростить (истечение 66 км/с и ускорение 4-1 g) нужно отказываться от идеи материального сопла вообще. Здесь продукт сгорания уже  плазма. А значит нужно строить двигатель ВНЕШНЕГО сгорания, подальше от поверхностей ракеты с магнитным соплом очень большого размера. Хочешь не хочешь схема близкая к "Орион". Чтобы паразитная энергия (которая может быть и 70%) в основном улетала в открытый космос не цепляя конструкцию корабля.
Здесь уже нужно не сопло, а зеркало приличных размеров.
Это приводит к тому, что собственно зона сгорания (реакции) желательно удалить на десяток метров от ближайших твердых элементов корабля. И вряд ли Зубринский "шприц" сможет создать такую длинно-замороженную струю в вакууме. Его (шприц) видимо придется выдвигать достаточно глубоко в зону высоких температур и очень интенсивно экранировать и охлаждать, чтобы не сгорел хотя бы его.  
В общем, тут проблем на самом деле куда больше чем хотелось бы.
Еще раз.
Нет разницы какой у вас источник энергии. Пускай самый фантастический. Глюонно-кварковый конвертор. Все равно всю паразитную энергию отвести из камеры сгорания – кишка тонка. Значит надо ее разбрасывать в окружающее пространство.
Как я говорю, вы не можете иметь мощный экономичный и компактный двигатель.
Либо мощный но неэкономичный, либо экономичный но немощный. Ну а если и мощный и экономичный то уж никак не компактный. В случае Зубринской ракеты самой крупной частью ракеты как ни крути будет двигатель или (и) радиаторы к нему. И обещанное ускорение в 4g еще надо обосновать.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 16.08.2010 21:33:05
Вот тут еще есть чуть-чуть по этой же системе.
http://www.projectrho.com/rocket/rocket3c2.html
Разумеется по-английски
Ну и очаровательно-красочная схема.

(http://www.projectrho.com/rocket/NSWR.jpg)

Есть даже конкретные оценки размеров камеры смешивания и длинны трубок...
Однако, я думаю, сама схема в корне неверна.
Я тут накидал на скорую руку "наш (мой) ответ Чемберлену".
Кто уже знаком с подобными (и во многом похожими) моими каракулями не обессудте за однообразие принимаемых решений.
Ну что я могу поделать?
Если таковы условия задачи и решения идентичны?

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/13680.png)

Прежде всего магнитное зеркало взято у японцев вот отсюда:
http://go2starss.narod.ru/pub/E005_RFLR.html

Как уверяют японцы именно такая конфигурация магнитного зеркала обеспечивает 75% эффективность рекуперации разлетающейся из фокуса (1) плазмы.
Между прочим очень недурной результат. Реальное сопло дает примерно тот же показатель.
Да магнитных соленоида внешний (3) и основной, внутренний (4) создают поле которое и отбрасывает большую часть заряженной плазмы назад (8 ), хотя небольшая часть прорывается вперед по оси (7). Поэтому игла-инжектор гомогенного соляного раствора (2) расположена не по оси двигателя.
Вообще говоря, инжектор (он же МГД-насос) самый критичный элемент конструкции.
Это самый приближенная к зоне реакции элемент двигателя. Поэтому он должен интенсивно охлаждаться (особенно конец). Как мы знаем поток излучения падает обратно пропорционально квадрату расстояния от точки взрыва (а место горения несомненно является более-менее точкой, фокусом). Обратите внимание. Радиус R и определяет эффетивный диаметр двигателя (и в итоге его термическую мощность). Чем он больше, тем меньший поток энергии обрушивается на узлы двигателя. И хотя подставленных под этот поток узлов не так уж и много (большая часть паразитной энергии летит мимо конструкционных элементов корабля и двигателя), но и они должны будут все равно интенсивно охлаждаться, если принять, скажем, максимально допустимый поток паразитной энергии 10 MВт/м2.
Поэтому соленоиды скреплены шестью "лопатами" радиаторов (5). Повернутые ребром к зоне горения сами они нагреваются реакцией горения незначительно. А их  боковая поверхность как раз сливает принятое лбом соленоидов тепло. Заодно радиаторы служат силовым элементом, удерживающим оба соленоида от взаимного притяжения (тонны силы).
6 – запас топлива (специальный бак) и полезная нагрузка. Кстати, их можно было бы расположить и умней.

Тут так же приведены диаграммы из работы японцев. Уравнение Стефана-Больщмана венчает (так сказать) всю композицию (аппликацию). Зная площадь радиаторов, оценив для них эффективную температуру T и k~1, можно оценить в итоге удельную мощность камеры сгорания. Отсюда тягу. Если в итоге для 500 км/с  удастся получить для всей системы ускорение больше 1м/с2 (0.1g)  я посчитаю это крайне хорошим результатом
:)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 18.08.2010 08:23:38
ЦитироватьИвана Моисеева выложил по моей просьбе собственно Зубринский ПЕРВОИСТОЧНИК
Вот: http://path-2.narod.ru/02/03/nswr.doc
Большое спасибо за ссылку!  :)

ЦитироватьДвигатель Зубрина – свистун, физлер, расточающий ядерное горючее крайне НЕЭФФЕКТИВНО.
О 80 % выгорания, конечно не говорим, но все таки степень выгорания будеть зависеть от условий, которых мы создадим для реакции - смотри мой последний пост выше.

ЦитироватьЕсли же экспоненциальная кривая слишком круто взлетает вверх наше топливо прореагирует слишком рано. Скажем еще в камере смешивания. Это просто разрушит двигатель.
Не прореагирует слишком рано! Просто делим струю на несколько потоков - в каждом масса значительно ниже критической. Встречаются они в центре камеры сгорания - и там уже масса силно надкритическая - и степень выгорания может быть большой!

ЦитироватьТермодинамическая проблема камеры сгорании и (или) сопла.
Какая проблема? Вы про нее спросите термоядерщиков! Они собираются сотни миллионов градусов плазмы удержывать - в энергийном реакторе! А это значит - 20-30 лет работы. Нам пару часов хватят ...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 18.08.2010 12:30:01
Цитировать
ЦитироватьИвана Моисеева выложил по моей просьбе собственно Зубринский ПЕРВОИСТОЧНИК
Вот: http://path-2.narod.ru/02/03/nswr.doc
Большое спасибо за ссылку!  :)
Ивану спасибо!

Цитировать
ЦитироватьДвигатель Зубрина – свистун, физлер, расточающий ядерное горючее крайне НЕЭФФЕКТИВНО.
О 80 % выгорания, конечно не говорим, но все таки степень выгорания будеть зависеть от условий, которых мы создадим для реакции - смотри мой последний пост выше.
Опять же это вопрос для ядерщиков. Хорошо под проблему заточенных. Но мое чутье подсказывает что слишком все просто и хорошо получается. У мамаши природы так не бывает.

Цитировать
ЦитироватьЕсли же экспоненциальная кривая слишком круто взлетает вверх наше топливо прореагирует слишком рано. Скажем еще в камере смешивания. Это просто разрушит двигатель.
Не прореагирует слишком рано! Просто делим струю на несколько потоков - в каждом масса значительно ниже критической. Встречаются они в центре камеры сгорания - и там уже масса силно надкритическая - и степень выгорания может быть большой!

:) Это первая идея которая приходит в голову. И это дурная идея. Вы фактически пытаетесь соединить две докритические половинки урана руками. Избитый пример из художественной литературы 50-х. И уже всякий идиот знает, что взрыва не получится. Даже уран надо соединять очень быстро со скоростью пушечного снаряда. Плутоний вообще более 10 км/с сближать (поэтому его рвут имплозией). Экспонента числа нейтронов растет слишком быстро.

Цитировать
ЦитироватьТермодинамическая проблема камеры сгорании и (или) сопла.
Какая проблема? Вы про нее спросите термоядерщиков! Они собираются сотни миллионов градусов плазмы удержывать - в энергийном реакторе! А это значит - 20-30 лет работы. Нам пару часов хватят ...
[/quote]

Во-первых. Температура не показатель. Мощность. Тепловая мощность. Вот что важно. У термоядерщиков могут быть миллиарды градусов. Но до этой температуры нагрето почти НИЧТО. Почти вакуум. Считанные граммы газа в многометровой трубе.
Согласны?
Но самое главное...
Во-вторых. Нам нельзя смотреть на ЗЕМНЫХ термоядерщиков, ядерщиков и вообще энергетиков. Вот смотрите. Типичная ядерная электорстанция на поверхности Земли:

(http://www.energo-orsk.ru/energo/atom1.jpg)

Вы видите где здесь реактор? А турбинный зал? Надо поискать еще. А вот то, что бросается в глаза В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ – четыре гигантских градирни. Радиаторы охлаждения.
Вспоминаем формулу Карно.

К.п.д= (Tнагревателя-Тхолодильника)/Тнагревателя

Вы не можете иметь КПД 100%. А значит в любом генераторе и (или) двигателе у вас будет некоторый процент ПАРАЗИТНОГО тепла. Мощность вашего двигателя как раз и будет ограничиватся тем количеством паразитной мощности (Джоулей в секунду), от которой вы сможете избавится без разрушения устройств.
Логично?
Условно полезная мощность не меньше паразитной. Ибо 50% кпд – очень хороший кпд.
Я выше писал, что обычный ЖРД работает на пределе тепловых возможностей самых современных материалом. А скорость истечении из него 5 км/с.
Если вы хотите получить скорость истечения в 10 раз большую при той же тяге, вы должны вкачивать в двигатель в 10 раз больше мощности (снизив расход топлива в 10 раз). А значит в 10 раз увеличить СБРОС паразитной мощности.
На Земле (скажем на борту подводной лодки) этого добиться не сложно. Вы берете больше забортной воды – прекрасного источника холода. Тепловые и ядерные электростанции стараются строить у водоемов. Чтобы сбрасывать туда паразитное тепло, которое размешается с атмосферой и в итоге уйти ночью в космос через гигантский РАДИАТОР – ночную сторону планеты.
Но космический корабль такой шары, лафы, кайфа лишен.
Он находится внутри  гигантского термоса, сосуда Дюара. Единственный способ избавится от лишнего тепла – излучение (согласно формуле Стефана-Больцмана).
Кстати ЖРД очень холодный двигатель. Через него в секунду могут прокачиваться тонны топлива и сам по себе хвост, выхлоп является прекрасным радиатором, куда и сбрасывается лишнее тепло (это при кпд ЖРД 60-70%!). Но в новом продвинутом двигателе если вы экономите ракетную массу, выбрасывая  МЕНЬШЕ топлива с большей скоростью, то сам выхлоп теряет это дополнительное полезное свойство – свойство радиатора.
Все это приводит к тому, что НЕ ВАЖНО КАКОЙ ПРИНЦИП ДВИГАТЕЛЯ вы используете, но повышая удельный импульс, вы ВЫНУЖДЕНЫ снижать удельную мощность системы и как следствие ТЯГУ.
Яркий пример – ионные двигатели. Граммы тяги на тонны высокотехнологичного оборудования львиная часть которого – гигантские крылья-радиаторы.

Почему схема ядерного "Ориона" ухитряется совмещать и высокий удельный импульс и тягу? Эта простоватая схема не так проста. Я называю такую схему "двигателем внешнего сгорания". Система не прокачивает через себя всю паразитную энергию. При этом и не вся полезная утилизируется. Разумеется! Но так как ядерной энергии более чем достаточно для межпланетных полетов (выше мы считали. достаточно тысячных долей процента для  идеальных 50 км/с) то результат получается впечатляющий. Попытка повысить эффективность системы сразу же приводит к падению удельной тяги и ускорения (Тот же "Дедал", VISTA).

http://go2starss.narod.ru/pub/E016_LFR.html
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 18.08.2010 17:25:33
ЦитироватьВы фактически пытаетесь соединить две докритические половинки урана ... Даже уран надо соединять очень быстро со скоростью пушечного снаряда. ...Экспонента числа нейтронов растет слишком быстро.
Значит надо соединять со скоростью пушечного снаряда. Такие ускорители капель горючего вполне можно сделать. Хотя это может быть не очень легко.

Кстати, двигатель у нас получится импульсный – подаем порцию горючего, взрывное сгорание (во время которого не получится продолжить подачу горючего), а потом подача новой порции...

ЦитироватьВо-первых. Температура не показатель. Мощность. Тепловая мощность. Вот что важно. У термоядерщиков могут быть миллиарды градусов. Но до этой температуры нагрето почти НИЧТО.
Это «ничто» должно выделять гигаватты мощности!

ЦитироватьВсе это приводит к тому, что НЕ ВАЖНО КАКОЙ ПРИНЦИП ДВИГАТЕЛЯ вы используете, но повышая удельный импульс, вы ВЫНУЖДЕНЫ снижать удельную мощность системы и как следствие ТЯГУ.
Понадобится – снизим, чтобы сделать первые двигатели. А потом, с накоплением опита, будем потихоньку увеличивать.

ЦитироватьЯркий пример – ионные двигатели. Граммы тяги на тонны высокотехнологичного оборудования львиная часть которого – гигантские крылья-радиаторы.
Пример очень неудачный! Проблем ЭРД – необходимость в тяжелого источника электроэнергии.

Цитироватьhttp://go2starss.narod.ru/pub/E016_LFR.html
Еще раз спасибо!

ЦитироватьВо-вторых. Нам нельзя смотреть на ЗЕМНЫХ термоядерщиков, ядерщиков и вообще энергетиков.
Все-таки, надо! Потому что у них практические наработки (и продолжают работать), а у нас – только бумажные наброски.

Это приводит к такой мысли: А нельзя ли как-то приспособить одну из существующих экспериментальных установок (ТОКАМАК, пробкотрон и т.д. – не важно какой) для проведения опытов с урановой плазмы по программе создания ГФЯРД. Нам сотни миллионов градусов не нужны. Хватит пока и на 2 – 3 порядка меньше.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 18.08.2010 21:26:12
Несколько увлекся разъяснениями здесь:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7529&postdays=0&postorder=asc&start=3105
Кстати вам будет интересно наверное тоже, ибо там я говорю о близком. Порой о том же самом...

ЦитироватьЗначит надо соединять со скоростью пушечного снаряда. Такие ускорители капель горючего вполне можно сделать. Хотя это может быть не очень легко.
Тут вопрос тонкий. Капли ведь не слипнутся так просто! Да и вообще, я думаю физики могли бы посчитать и показать что скачек числа нейтроном таким образом получить очень сложно. Есть тут настоящие ядерщики?

ЦитироватьКстати, двигатель у нас получится импульсный – подаем порцию горючего, взрывное сгорание (во время которого не получится продолжить подачу горючего), а потом подача новой порции...
То-то и оно. Теряется достоинство первоначальной схемы. Непрерывность и появляются недостатки импульсной схемы. Например нужны амортизаторы тогда.  
Импульсная схема снимает вот какую проблему.
Если вдувать водный раствор в зону реакции непрерывно, то свежая струя должна преодолевать давление горящей плазмы. Возможно это и не проблема... Но в случае подачи порциями вопрос снимается.
Но сдается мне что мы тут меняем шило на мыло...

ЦитироватьЭто «ничто» должно выделять гигаватты мощности!

Гигаватты мощности тоже не показатель, если они выдаются в доли миллисекунд.
:)
Гигаватт – это очень много. Дамба Гувера выдает 3.5 (кажется) Гигаватта.
Взрывной котел умельцев из Снежина (полость где подрываются термоядерные бомбы) размером пол дамбы Гувера – 65-10 гигаватт.
Термоядерный реактор типа "токамак" такой мощностьи насколько я понимаю сооружение на много миллионов тонн. Сравинвать его с нашей манюхонькой ракетой не вполне корректно.
Здесь как раз размер имеет значение! :evil:

Цитировать
ЦитироватьВсе это приводит к тому, что НЕ ВАЖНО КАКОЙ ПРИНЦИП ДВИГАТЕЛЯ вы используете, но повышая удельный импульс, вы ВЫНУЖДЕНЫ снижать удельную мощность системы и как следствие ТЯГУ.
Понадобится – снизим, чтобы сделать первые двигатели. А потом, с накоплением опита, будем потихоньку увеличивать.
Но всякому процессу совенствования есть предел.
 :twisted:

Цитировать
ЦитироватьЯркий пример – ионные двигатели. Граммы тяги на тонны высокотехнологичного оборудования львиная часть которого – гигантские крылья-радиаторы.
Пример очень неудачный! Проблем ЭРД – необходимость в тяжелого источника электроэнергии.
Пример как раз очень удачный!  А почему у ЭРД такой тяжелый источник энергии? Именно потому, что  там проблемы с избавление от лишнего тепла. Это тепло есть расплата демону Максвелла, второму началу термодинамики.
И как не изгаляйся он за своей платой прийдет!
Просто в иных красивых теоретических схемах необходимость этой платы неочевидна на первый взгляд.
У двигателя Зубрина УИ как у ионника.
Значит расплата за это тоже должна всплыть.

Цитировать
ЦитироватьВо-вторых. Нам нельзя смотреть на ЗЕМНЫХ термоядерщиков, ядерщиков и вообще энергетиков.
Все-таки, надо! Потому что у них практические наработки (и продолжают работать), а у нас – только бумажные наброски.
Их наработки слишком уж узконаправленные. И вообще говоря меня не воодушевляют. Нет, рабочий термоядерный реактор они получат в конце концов. Но какой ценой? Это можно будет использовать хотя бы в целях добывания коммерческой энергии на планете?
Сомневаюсь... (рад бы был ошибется).
А использование этих технологий в качестве космических двигателей... Есть надежды. Но... Понимаете, термоядерная реакция это реакция требующая звездных масштабов. Ну можно получить вспышку в бомбе... Но удерживать эту бестию в метровых размеров сосуде... Можно но нет смысла.
Вот почему я потихоньку тему термоядерных звездолетов (кораблей) откладываю в сторону...

ЦитироватьЭто приводит к такой мысли: А нельзя ли как-то приспособить одну из существующих экспериментальных установок (ТОКАМАК, пробкотрон и т.д. – не важно какой) для проведения опытов с урановой плазмы по программе создания ГФЯРД. Нам сотни миллионов градусов не нужны. Хватит пока и на 2 – 3 порядка меньше.

Я думаю, что тут нужно для начала спецам сделать мат. моделирование. Сначала приближенное, потом хорошее... Использовать реальное оборудование для реальных экспериментов? Вряд ли вам кто даст в буквальном смысле засрать свое оборудование такой радиоактивно-грязной субстанцией, какую предлагает использовать Зубрин. Надо строить специальное оборудование для экспериментов.
После всех мат моделей и расчетов...
Но это как говориться уже на последней стадии будет...
Самая главная здесь проблема, на мой взгляд, не техническая.
Вот смотрите.
Идея  предложена Зубриным в 1991-м (кажется)... и осталась не востребована.
Как впрочем и многие другие.
Почему?
Космос стагнигует ведь.
Я могу вам точно сказать, что будет развиваться в ближайшие 50 лет.
Космическая астрономия. Будет? Будет!
Будут играться с солнечными парусами.
И будут развивать обычные ионные двигатели.
Есть наработки. Есть заказчик.
Автоматный космос будет развиваться. Пилотируемый – загибаться.
Скатываться к коммерческим покатушкам.
Особых рывков не будет.
Космическая программа человечества уже пережила свой первый всплеск. А когда будет второй? Пока не видно. Не до космоса. Пережить бы земные проблемы в XXI веке!
А значит развития каких-либо экстраординарных идей – тоже не предвидется.
Идея Зубрина – идея на послезавтра.
Увы!
А значит дальше хорошей мат модели тут раскатывать губу СЕЙСАС не стоит...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: hecata от 18.08.2010 21:43:17
ЦитироватьКосмическая программа человечества уже пережила свой первый всплеск. А когда будет второй? Пока не видно. Не до космоса. Пережить бы земные проблемы в XXI веке!
А значит развития каких-либо экстраординарных идей – тоже не предвидется.
Идея Зубрина – идея на послезавтра.
Увы!

А разве он был, всплеск? Был всплеск неоправданных ожиданий... космическая программа быстро заполнила всю ту нишу, что дает имеющийся уровень техники, и дальше тихо мирно эволюционирует, развиваясь за счет совершенствования других направлений техники (материалы, оптика, электроника). Обычная S-кривая, вся техника так развивается. И есть отличные примеры (ЖД-локомотивы, корабли), что новое экспоненциальное развитие вызывается внешними факторами, открытиями. Т.е. сейчас мы совершенно не способны предсказать, будет ли еще экпоненциальный рост космонавтики, и если да - то когда. Столько любимые Alex'om Semenov'ым warp drive'ы, к примеру изобретут ;)

Собственно, очевидный вывод и очевидных мыслей - резервов развития надо искать в других отраслях техники, не в космонавтике и ЖРД-строении (хотя в соседнем треде предлагают двигатель на озоне ;))

ЗЫ: Александр, вы не могли бы мне ответить в личке?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 18.08.2010 23:41:59
ЦитироватьЭто приводит к такой мысли: А нельзя ли как-то приспособить одну из существующих экспериментальных установок (ТОКАМАК, пробкотрон и т.д. – не важно какой) для проведения опытов с урановой плазмы по программе создания ГФЯРД. Нам сотни миллионов градусов не нужны. Хватит пока и на 2 – 3 порядка меньше.
Есть такое произведение двух величин - n*T, которое характеризует возможности по удержанию плазмы устройством.
Частица, захваченная магнитным полем, - это ток. Ток порождает магнитное поле, которое противостоит внешнему. Чем больше частиц и чем быстрее они летают - тем сложнее их удержать. На три порядка меньше температура?
Значит, плотность плазмы может быть на три порядка больше (если температура больше 40-50 тысяч градусов, если меньше - некоторые атомы не ионизированы и удержать их полем невозможно, картина усложняется).

Если в некоем токамаке рабочая плотность плазмы 1Е20/м3 при температуре 10кэВ (это вполне типичные цифры для новейших установок), то тот же токамак сможет удержать 1Е23/м3 частиц (0.2г водорода/м3) при температуре 10эВ (энергия ионизации водорода: 13.6эВ).
Конечно, низкотемпературную урановую плазму удерживать проще, но этой оценки достаточно: при таких плотностях для достижения критической массы нужен реактор размером с город и объёмом в тысячи кубокилометров. Размером с Москву, с Таллинн или село Кукуево - это можно уточнять, но незачем: всё равно это ОЧЕНЬ большой реактор.

И надеяться на резкое улучшение параметров магнитных систем не стОит.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Fakir от 19.08.2010 00:48:47
Это не совсем верно: ты оцениваешь "по давлению", но это не единственная граница. Магнитным полем можно удерживать ТОЛЬКО бесстолкновительную плазму. Поэтому надо считать, с какой концентрации у данного состава при данной температуре начинается столкновительность, а потому уже сравнивать с оценкой по давлению - кто больше.

Поскольку у урана полностью ионизованную плазму получить можно при достаточно высоких температурах... А неполностью ионизованная плазма будет оставаться существенно столкновительной, и о магнитном удержании говорить уже и смысла особого нету.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Chilik от 19.08.2010 11:50:58
ЦитироватьА неполностью ионизованная плазма будет оставаться существенно столкновительной, и о магнитном удержании говорить уже и смысла особого нету.
А полностью ионизированная будет ещё более столкновительной. :) Туда же Zeff-квадрат входит. :) Так что вывод про магнитное поле правильный: попрёт плазма поперёк, как миленькая. И ещё интересно бы где-нибудь посмотреть готовую (самому бесконечно лень) цифру для радиационных потерь. Есть подозрение, что и до 10 эВ на такой плотности уран догреть в большом объёме непросто.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Fakir от 19.08.2010 16:09:58
ЦитироватьА полностью ионизированная будет ещё более столкновительной. :) Туда же Zeff-квадрат входит. :)

Ну я имел в виду хотя бы полностью однократно ионизованную :)

Хотя что в лоб что по лбу :)

ЦитироватьИ ещё интересно бы где-нибудь посмотреть готовую (самому бесконечно лень) цифру для радиационных потерь. Есть подозрение, что и до 10 эВ на такой плотности уран догреть в большом объёме непросто.

Да на 10 эВ навряд ли... Это ж газ будет, по сути... Тормозухи никакой почти.
Что, впрочем, ничего не меняет :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 19.08.2010 20:35:46
Вот мне кажется интересная тема.

http://usap.org.ua/index.php?option=com_content&view=article&id=148:2010-07-22-15-51-21&catid=15:alternarive&Itemid=78

При длине ускорителя 4 км и энергии снаряда в районе 1 мегаджоуля. Уже можно обсуждать реальность построения корабля с таким двигателем.  Наверно в будущем можно будет уменьшить размеры и массу ускорителя.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 19.08.2010 20:52:47
Пардон, господа профессионалы, позвольте уточнить, правильно ли я (мы, неофиты ) понял (и) ваши реплики?
И так.
Насколько я понял, главная проблема в том, что вы не уверены, что разогретый реакцией деления водный раствор тетрабромида урана УСПЕЕТ превратится в плазму. Смесь ионизированных частиц. А раз так, то припертое выше МНОЮ магнитное зеркало частицы отражать продукты реакции не будет... (не из тщеславия выделяю себя, а просто для ограждения господина Зубрина от авторства  на мою дурную идею. Он предлагал просто сопло. Зеркало, магнитную пробку, сюда впер я!)  
Гм...
Согласен. Это проблема. Если мы не получаем плазму а просто очень горячий газ, то зеркало лихо намалеванное мной не будет работать.

Но для начала давайте разберемся вот в чем.
Двигатель Зубрина по идее автора может работать в очень широком диапазоне режимов.
66 км/с скорость истечения – этот как говориться цветочки, минимальный, "холодный" режим по замыслу автора...
Я же, честно говоря, ПРИПЕР к идее Зубрина магнитное зеркала в расчете на куда большую скорость истечения 300-500 км/с. Ведь скорость рабочего тела у Зубрина в звездолетной версии при 90% U235 вообще 4 700 км/с! Как видите, мои запросы куда скромнее!
Но, оказывается я недостаточно скромен?...

Выше мы разобрались, что 1/3 водного раствора (по массе) составляет тетрабромид урана. Если он обогащен U235 до скромных 20% (как пишет у себя Зубрин), то как я прикинул выше, достаточно обеспечить выгорание только ~  0,025% ЭТОГО урана (238-й мы не трогаем) чтобы при 100% утилизации этой энергии разогнать весь раствор (как массу) до 50 км/с. Разумеется, это идеализация. На самом деле легкие атомы разгонятся сильней, тяжелые меньше. Тут начинается сложная физика о которой и речь...

Хотя, честно говоря, меня этот облегченный вариант двигателя мало волнует (я радею за горячую, звездолетную версию), но с него и начнем.
Как с балансирующего на грани.
Действительно, дотягиваем ли мы до плазмы тут?
 
Если мы разгоняем водород до 50 км/с то это (считаю по Больцману) 100 000 градусов (9 эВ) А ионизация водорода идет при  13,6эВ. То есть это все еще очень горячий газ.

Считаю по школьной формуле. v^2 = 3*R*T/M  R-универсальная газовая постоянная. М-молярная масса.

Если речь идет о кислороде (молярная масса 0.008 кг/моль) температура рабочего тела должна быть 801 860 градусов (96 эВ) и кислород уже превращается в плазму ибо (как я понимаю) для него энергия ионизации  13,61 эв. (энергию ионизации беру с вики)

Тяжеленный уран разгоняется до вожделенных 50 км/с  аж при температуре 24 миллиона градусов.  2КэВ. Разумеется, он в этом случае будет полностью ионизирован. Ибо энергия ионизации урана всего 7.11 эВ (83 тысячи градусов)
Ионы бром я опускаю пока...
НО!
Тут главное  – оценить какова на самом деле будет температура разогретого водного раствора тетробромида урана в точке реакции.
Верно?
Насколько я понимаю, после того как вода испарится, молекулы диссоциируют на атомы  каждый компонент раствора приобретет свою среднеквадратичную скорость в газе (или плазме). При этом тяжелые примеси (уран, бром) будут сильно охлаждать легкие (кислород, водород).

Как все это хотя бы оценить?
Для начала о соотношении химических элементов в газе.
2/3 раствора – вода. При этом в Н_2_О на 2 части массы  водорода (2*1)  8 частей кислорода (1*8).
Тетрабромид 1/3 массы. Где в Br_4_U  На 140 частей брома (4*35) приходится 238 частей урана (1*238).
То есть в 1 кг образовавшегося газа:

Водорода 133 грамм
Кислорода 533 грамма
Брома 123 грамма
Урана 210 грамм

Основной по массе компонент предполагаемой плазмы – кислород. Если по нему и считать (очень на лапоть!) необходимую нам "среднюю по больнице" температуру, то для истечения именно кислорода со средней скоростью 66 км/с (как хочет Зубрин) средняя температура газа должна быть 1 400 000 градусов, 120 эВ!
При такой температуре  водород и кислород (по 13,6 эВ) бром (11,84) и уран (7,11)  должны уже ионизироваться. То есть даже в таком холодном варианте двигателя Зубрина   мы уже ДОЛЖНЫ имеем плазму!
Но насколько я понимаю, вся проблема в том, можно ли получить такую температуру для соляного раствора?
Как заметали наши местные эксперты-ядерщики, они сомневаются  что рабочее тело в двигателе Зубрина  даже до 10 эВ  разогреется! То есть всего лишь до  вшивых  116 040 градусов!

Если так то о 66 км/с скорости истечения (это разумеется средняя скорость по всем компанентам) в конструкции Зубрина мечтать не приходится, не говоря о  500 км/с, на которые  раскатал губу я (тем более о 4 700 км/с у Зубрина в "агрессивном варианте").

Каков итог?
Во вспышке ядерного взрыва температура подскакивает до миллиарда градусов. Но это настоящая ядерная бомба. В нашем случае у нас некий "полувзрыв" полугорение  или  "недовзрыв".
Насколько это похоже на то что греют в термоядерщики?
Я думаю тут есть большая разница.
Там можно ли получить полтара миллиона градуса в струе Зубрина?
У меня есть подозрение, что мало кто может "на глаз" так сходу на это ответить
Даже супер-пупер эксперты.

Хотите я правду скажу?
"Ти только не обижайся!" (с)
Спасибо конечно экспертам... Честное слово спасибо что заглянули и бросили взгляд на проблему.
Думаю, замечания ценные...
Но не слишком ли скоропалительные выводы?...
Возможно я и не прав...
Но сдается мне, что наши ядерные спецы  тут на своем сленге, просто побалагурили...
Без обид!
Как не понять?
Есть у  всяких спецов такое развлечение: получив на обсуждение сложную не решаемую "на глаз" проблему все же с сходу прикинуть ответ на глазок-с-с... И выдать, пока остальные коллеги репу чешут... гениальный ответ-предсказание-догадку.
Типа, я уже столько этого перерешал...
Ясно (если серьезно) что тут надо долго и тщательно считать... Работу выполнить... Как водится... Наука – это много тупого упорного труда... Но пока, игры ради, можно быстренько примерить свою интуицию...  Занятиt приприятнейшее же!
Ненапряжное!...
Попал (угадал)? – Честь и хвала! Промазал? Ну с кем не бывает!
Даже среди своих такая игра – вполне легитимна.
А среди чужих (как здесь) вообше никто не узнает "где могилка твоя"...
Одни дивиденды!
Нет?
Не подумайте, бога ради, что я недоволен и ворчу!
Спасибо! Конечно, и на том спасибо!
Честное слово!
Дареному коню...
Факир, вам - особенно!
Но поймите же и нас!
Мы хоть и профаны, но тоже не пальцем деланы...
Я не бабуинства же ради все это говорю!
Напротив! Апеллирую как раз к умищу!
К (без сомнений!) тончайшему у вас, ученые мужи, чувству иронии и самоиронии...
Есть?
Повеселил?
Вот я все же надеюсь, что вам эта проблема действительно станет интересна и вы напряжетесь по-взрослому, а не "быстро к урне подошел, плюнул мимо и пошел!"...
...
Но, разумеется, не настаиваю!
Как можно?
Упаси бог!
Просочится мне сквозь канализацию!
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Андрей Суворов от 19.08.2010 21:17:46
Двигатель Зубрина неработоспособен принципиально. Ибо число нейтронов экспоненциально нарастать не будет. Вот почему.
Тепловые нейтроны называются тепловыми потому, что они находятся в термодинамическом равновесии с замедлителем. Скорость 2200 м/с соответствует комнатной температуре.
Как только температура начнёт повышаться, скорость нейтронов начнёт повышаться тоже, а с нею начнёт падать сечение деления.

Двигатель Зубрина невозможен по той же причине, по какой невозможна атомная бомба на тепловых нейтронах.

Даже в "настоящей" атомной бомбе Little Boy, где температура нейтронов была порядка 0,5 МэВ, прореагировать успевало около 1% урана, при том, что стартовое его количество было более 2 критических масс.

Если критичность реактора будет достигаться при температуре нейтронов 0,025 эВ, то при температуре 0,05 эВ при той же геометрии критичности уже не будет, не говоря уж о 1 эВ, на которые рассчитывает Зубрин.

У него МАГИЧЕСКИ вода остаётся холодной ДО ТЕХ ПОР ПОКА не выйдет из двигателя. На самом же деле, подогрев воды по длине будет происходить по мере роста выделения энергии, и по мере этого же выделение энергии будет падать.

Я уж молчу о таких тонкостях, что в районе 0,4-0,8 эВ находится масса резонансов поглощения без деления.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: октоген от 19.08.2010 20:37:04
В качестве адвоката дьявола:)


Андрей Суворов

А если эта разлетающаяся к чертям смесь пара и твердых частиц еще и находится под облучением внешнего источника нейтронов через нептуниевый замедлительный затвор( промежуточный реактор на нептунии на БН, который "светит" через затвор из тяжелой воды. Назад, в нептуниевый реактор, придут медленные нейтроны, которыми он не делится и разогнаться на "отдаче" такой реактор не может.)?


П.С. Лично я правда не верю в этот  движок даже с подсветом который я описал.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 19.08.2010 22:07:26
Цитироватьдля достижения критической массы нужен реактор размером с город и объёмом в тысячи кубокилометров. Размером с Москву, с Таллинн или село Кукуево - это можно уточнять, но незачем: всё равно это ОЧЕНЬ большой реактор.
Выходит, сделать ГФЯРД, практически невозможно ???  :shock:

ЦитироватьДвигатель Зубрина неработоспособен принципиально.
А мы здесь обсуждаем уже ДРУГИЕ схемы!

Цитировать1/3 водного раствора (по массе) составляет тетрабромид урана. Если он обогащен U235 до скромных 20% (как пишет у себя Зубрин)
Боюсь, мы должны поискать состав получше...

Цитироватьи до 10 эВ на такой плотности уран догреть в большом объёме непросто.
Вообще-то мы надеемся, что сможем заставить уран сам себе греть...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Андрей Суворов от 20.08.2010 01:48:42
Цитировать
Цитироватьдля достижения критической массы нужен реактор размером с город и объёмом в тысячи кубокилометров. Размером с Москву, с Таллинн или село Кукуево - это можно уточнять, но незачем: всё равно это ОЧЕНЬ большой реактор.
Выходит, сделать ГФЯРД, практически невозможно ???  :shock:
Это ещё почему? невозможен только ГфЯРД с магнитным удержанием плазмы. С чисто магнитным. Но никто этого и не планирует, напротив. Давление создаёт холодный газ - ну, сравнительно холодный, какой могут выдержать стенки.
В урановой плазме 100-1000 атмосфер, в зависимости от схемы двигателя. При этом плотность её получается более-менее приемлемой. Вдобавок, можно уменьшить потребные размеры газофазного твэла, если подпитывать его нейтронами из твердофазной части, которая будет нагревать водород до 3000, а уж потом это подавать на дальнейший подогрев от газофазной части.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 20.08.2010 12:48:26
Нашел у себя ошибки!
("к катастрофам приводят не ошибки, а нежелание их исправлять!")

Для кислорода и брома я взял номер в таблицы, а не атомную массу. Двоеш-ш-ник!
Атомная масса кислорода 16, а брома 80!  Пересчитываем состав:

В 1 кг топлива:
Водорода  74 г
Кислорода 592 г
Брома 191 г
Урана 142 г

Брома даже больше чем урана. Поэтому не учитывать и его массу (как это я делал две страницы назад) нельзя. Но главное. Процент массы кислорода оказалось еще больше. Это чуть увеличивает доверие к моей оценке средней температуры смеси "на глазок" по нему. Но и температура при которой среднеквадратичная скорость атомов (уже ионов) кислорода равна 66 км/с тоже выше - 2 800 000 градусов.
То есть, хочешь иметь такой удельный импульс?
3 миллиона градусов вынь да полож в камере сгорания!

Ну и раз я начал исправлять ошибки...
Давайте все же корректно пересчитаем необходимый минимальный процент выгорания урана для получения наших скоростей истечения с учетом массы брома.

1/3 массы раствора – соль.
0,43 – содержания урана в тетрабромиде урана
0,2 – обогащение U235

То есть, на килограмм водного раствора 0,33*0,43*0,2=0,028 кг ядерного топлива (U235). 28 грамм!
В 1 кг U235 8,31E+13 Дж энергии.
Значит в 1 кг нашего раствора запасено A= 2,34E+12 Дж  энергии деления.

Какая часть этой энергии нужна чтобы разогнать 1 кг массы до 66 км/с?
Е=66 000^2/2=2,18E+09 Дж/кг
Делим E/A и смотрим.

Должно успеть выгореть всего 0,093 % U238. Если в примитивном "Малыше" выгорал лишь 1% (примерно) то в нашем случае достаточно и сотой части от ее эффективности...
(на этом все мы и купились)

Между прочим, а вот для моих вожделенных  500 км/с - дело труба...

С учетом доли брома, даже обогатив уран до 90% U235 я получил, что процент выгорания должен быть уже 1,2% То есть как в хреновенькой пушечной бомбе.

Как Зубрин надеялся получить 4 700 км/с?
 :shock:  :shock:  :shock:
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 20.08.2010 13:43:51
ЦитироватьДвигатель Зубрина неработоспособен принципиально. Ибо число нейтронов экспоненциально нарастать не будет. Вот почему.
Тепловые нейтроны называются тепловыми потому, что они находятся в термодинамическом равновесии с замедлителем. Скорость 2200 м/с соответствует комнатной температуре.
Как только температура начнёт повышаться, скорость нейтронов начнёт повышаться тоже, а с нею начнёт падать сечение деления.

Двигатель Зубрина невозможен по той же причине, по какой невозможна атомная бомба на тепловых нейтронах.

Ну вот, пришел Суворов и все опошлил!
 :D
Андрей, спасибо. Вы всякий раз вносите очень здравые замечания.
Начинаю преклонятся перед вашим авторитетом!
 :oops:
Я сразу, когда про эту идею Зубрина вычитал, то подумал, что фигня-же вроде... Бомба на медленных нейтронах... Но поддался авторитету Зубрина да и ... в JBIS статья напечатана, ведь!... Не смог (не хотел) поверить, что ТАКОЙ ОТКРОВЕННЫЙ бред на печатали там! Тем более что такой сладенький бред...
  :oops:  
Все мы люди-человеки...  
:evil:  

Димитър, и все остальные кто любитель-неофит  как я.
Попробую по мере сил перевести проблему на понятный язык.
Спецы- поправляйте если я заврался.
Если опустить тонкости, то кратко суть можно выразить, перефразировав Киплинга.

Реактор есть реактор, бомба есть бомба. И вместе им никогда не сойтись!
 :twisted:

И в реакторе и в бомбе нужно получить коэффициент размножения нейтронов больше 1. Достичь критической массы это значит сделать убыть нейтронов меньше чем прибыл. Убыль определяется геометрическими параметрами (куда входит и эффект отражения) И поглощение этих самых нейтронов.
В частности, U238 их (быстрые нейтроны) очень активно глотает, ГЛУША цепной процесс. Поэтому в бомбе с этим вредным изотопом урана борются тем, что его делают меньше а U235-го больше. Уран,  более чем на 20%  обогащенный U235-м считается уже оружейным. Хотя и хреново, но его можно рвануть (используя его  в огромном количестве, сотни кг,  и окружив отражателем).

Но в реакторах ситуация в корне другая. Есть реакторы, где горит даже природный уран, где горючего U235-го ~0.7%, а остальное - вредный поглотитель U328.
Как?
Надо сделать так чтобы нейтроны НЕ ЗАМЕЧАЛИ U238.
U235 – материал "набобученный" протонами (там их переизбыток). Поэтому он делится любым нейтронами. И быстрыми и медленными, тепловыми. А вот U238 делится только очень быстрыми (такие можно получить при термоядерном синтезе). Быстрые нейтроны (что возникают в цепной реакции) U238 глотает, а медленные, тепловые (в этом фича, подарок судьбы) "не замечает". Медленный (тепловой) нейтрон столкнувшись с ядром U238  от него отскакивает как от замедлителя или отражателя и летает по реактору, пока не столкнется с "набобученным" U235.
И так. Опуская все детали, добиться К>=1 можно двумя способами. Очень дорого. Убрть все поглотители. Оставить только полезный уран. Это бомба. И здесь деление осуществляется быстрыми нейтронами. Со скоростью света почти. Процесс деления происходит за миллиардные доли секунды. Наносекунды. Бах!

Но можно использовать медленные нейтроны. Едва родившись, эти нейтроны попадают в среду замедлителя, где становятся тепловыми. "Вязнут". И после этого начинают м-е-е-е-дленное броуновское движения по рабочей среде. Отcкакивая от часто всречающихся атомов и в конце концов вcтречают редкие атомы U235... Тот разваливается, выстрелив  быстрыми нейтронами, которые тут же опять вязнут в замедлителе и ... все повторится.
Такой ЦЕПНОЙ ПРОЦЕСС идет намного медленней. Насколько? Не знаю. К спецам. Но он идет со скоростью ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. То есть плюс-минус скорость звука в среде реактора. То есть в миллионы раз медленней чем в бомбе.
Реактор тоже может взорвать.
Он тоже может выскочить на экспоненту (при k>1) за тысячные доли секунды. Для нас это быстро. Это взрыв! Но это очень медленный взрыв.
Обычно реактор проектируют под очень тонкое балансирование в районе k=1. И если бы не запаздывающие нейтроны (мы живем в вероятностном мире и небольшой процент нейтронов на конце гаусианы вылетает из продуктов распада уже через секунды часы, сутки и даже годы... после распада) управлять реактором не было бы никакой возможности.
Но это – детали.
Реактор все время балансирует, плавает вокруг k=1. Но при желании, как мы теперь все знаем после Чернобыля, с дуру можно и... реактор взорвать...
Однако, такой "ядерный" взрыв, на медленных нейтронах, будет идти со скоростью химических процессов.
Слишком медленно.
Нарастание энерговыделение идет по пологой экспоненте. Не успеет прореагировать и миллионная доля процента ядерного топлива  и этой энергии хватит толко чтобы расплавить, испарить, разрушить УСЛОВИЯ для медленного нарастания цепного процесса дальше.
То есть реактор таким образом самозаглушится.

Возвращаясь к бомбе.
Мои школярские (бурсатские) расчеты подсказывают и ответ на вопрос, почему в "Малыше" такой маленький процент выгорания. И вообще, почему добиться заметного процента выгорания ядерного горючего в бомбе задача сложная.
Смотрите.
Чтобы наш соляной раствор превратить с плазму, разлетающуюся во все стороны со скоростью 50 км/с достаточно выгорания сотой доли процента запасенного там топлива. То есть уже на начальном, очень пологом участке экспоненты цепного процесса очень бедненькая активная зона уже должна превратится в ад, подобный недрам Солнца. Ад, пытающийся разлетятся, расширится со скорость 50 000 м/с. Конечно, это всего лишь 2 сотых   миллиметра за наносекунду. Но ведь 0.01% - это только начало процесса выгорания!

Давайте возьмем 1 кг (условно)  урана с  U235 до 90%
На 1 кг такого топлива приходится  7,48E+13 Дж энергии. Давайте посмотрим во что превратится 1 кг урана, если определенный процент этой энергии выделится.
Таблица ниже в первом столбце содержит процент выгорания.
Второй столбец -количество энергии.
Третий (самый интересный) - количество миллиметров, на которые диаметр шара урана при такой скорости разлета плазмы разбухнет за 1 наносекунду (миллиардную секунды)!
Последний столбец, тупо посчитанная Больцмановская температура урана (без тепловых потерь).

0,0001---   7,48E+07---   0,02---   1 428 000
0,001---   7,48E+08---   0,08---   14 280 000
0,01---   7,48E+09---   0,24---   142 800 000
0,1---   7,48E+10---   0,77---   1 428 000 000
1---   7,48E+11---   2,45---   14 280 000 000
10---   7,48E+12---   7,74---   142 800 000 000

Сразу же.
Ясно что сотни миллиардов градусов – это ошибка модели. Мы ведь не считаем тут уход энергии из плазмы. Даже просто нагретое тело излучает тепло пропорционально 4-й степени температуры. А в плазме еще появляются всякие хитрые эффекты типа тормозного излучения. Спецы обижают в это погружаться.
Поэтому реальность к нам несколько более снисходительна.
Но все равно.
Оцените масштабы и соотношения.
Уже при 0.001% выгорания мы имеем плазму (очень плотную) в миллионы градусов, которая за 100 наносекунд (если на этом и прервать процесс) уже раздует диаметр критической зоны на сантиметр, что уже приведет к разрушению крит массы. То есть оставшаяся часть кривой роста (благо, что экспонента) должна пр крайней мере успеть вложится в этот интервал времени (а скорей всего еще более жесткий).

То есть (возвращаясь) к нашей схеме.
Когда мы имеем дело с тепловыми нейтронами мы имеем дело с тысячными долями секунды в лучшем случае. Буквально разница как между скоростью звука и скоростью света. Тут на инерцию системы, что она не успеет "опомнитсяь" и испарится, "смыться" не приходится.
Рассчитывать на вожделенные миллионы градусов с медленными нейтронам, мы видимо не можем. Не удержим, не успеем.
Бах- и все разрушилось, убежало.
Тем более, что здесь, по мере нагрева (очень медленного по меркам бомбы) возникают провалы на кривой роста числа нейтронов (о чем говорит Суворов). Ну и всякие там тоникие резонансы...
 :evil:
На медленных нейтронах возможно медленное тление при 100-3000 градусах. На грани возможностей материалов из которых собрана конструкция.  Годами, даже столетиями. Тление может быть очень ярким. Скажем в газофазном двигателе. Всякие там "ядерные лампы".
Но у Зубрина как раз должен быть  взрыв...
Струя подается постоянно и быстро, а на ее конце происходит взрывное разрушение начальных условий.
Однако хрупкое условие протекания реакции на медленных нейтронах возникшее на конце, скорей всего успеет разрушится еще на границе тысяч градусов. Мы получим паровой взрыв. Не более.

Ядерный взрыв происходит совсем в других условиях и масштабах времени.
И скрестить бульдога с носорогом тут, видимо, так просто как предлагает Зубрин, не получится.
 :evil:  :evil:  :evil:
Хотя...
Может я все же не понимаю каких-то тонких нюансов?
Но это надо действительно разбираться во всех тонкостях досконально.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 20.08.2010 14:27:46
Цитировать
ЦитироватьКосмическая программа человечества уже пережила свой первый всплеск. А когда будет второй? Пока не видно. Не до космоса. Пережить бы земные проблемы в XXI веке!
А значит развития каких-либо экстраординарных идей – тоже не предвидется.
Идея Зубрина – идея на послезавтра.
Увы!
А разве он был, всплеск? Был всплеск неоправданных ожиданий... космическая программа быстро заполнила всю ту нишу, что дает имеющийся уровень техники, и дальше тихо мирно эволюционирует, развиваясь за счет совершенствования других направлений техники (материалы, оптика, электроника). Обычная S-кривая, вся техника так развивается. И есть отличные примеры (ЖД-локомотивы, корабли), что новое экспоненциальное развитие вызывается внешними факторами, открытиями.

Всплеск был, если взять вторую производную от S-кривой. Всплеск это максимальная скорость развития. В общем то я с вами тут абсолютно согласен.

ЦитироватьТ.е. сейчас мы совершенно не способны предсказать, будет ли еще экпоненциальный рост космонавтики, и если да - то когда. Столько любимые Alex'om Semenov'ым warp drive'ы, к примеру изобретут ;)

"Дурень думкой богатiе!" (с) Украинская народная мудрость...
Если изобретут варп-драйв, то это будет второе дыхание, второй расцвет для нас-динозавров.
Это уже не S-кривая!
И вы (насколько я понимаю) это прекрасно понимаете.
Ведь космические амбиции человечества это просто заявка на бесконечный рост того, что уже у нас есть. Летать в пространстве или подпространстве – это детали, мелочи. Столетиями или часами – вопрос непринципиальный. Главное – заполнить собой неизменным, таким как есть, голой обезьяной, всю вселенную. Получить магические возможности, оставаясь тварью. Сожрать весь мир, будучи исполином духа профессора Выбегайлы. Бесконечный, ничем не ограниченный экстенсивный процесс – вот главная ценность того, уже прошедшего пика.
В этом весь О'Нейл, например.
В этом вульгарная интерпретация космиста Циолковского. Мол, нельзя вечно оставаться в уже засранной по-дядьковски  колыбели...
Кстати, в этом сама суть ИНДУСТРИАЛИЗМА... Неограниченная экспанися...
Жрать, жрать, жрать...
Чтобы остаться тварью надо все врем брать все больший и больший кредит у природы...Как у Кэрролла. Чтобы оставаться на месте надо все быстрей и быстрей бежать. Для этого и нужы не просто космические корабли а волшебный варп-драйв...
Но в принципе не важно с помощью кораблей поколений или варп-драйв-яхт вы обеспечите бесконечную экспансию ЛЮДЕЙ – это уже детали важные 20-и летним сопливым инфантам. Это сути не меняет.
Реальность куда жестче. Не только варп-драйв нам не видать как своих ушей.
Колоний О'Нейла, увы (искренне сожалею ибо человек!) тоже!
Но если я продолжу в том же духе, то меня здесь забанят...
:)

ЦитироватьСобственно, очевидный вывод и очевидных мыслей - резервов развития надо искать в других отраслях техники, не в космонавтике и ЖРД-строении (хотя в соседнем треде предлагают двигатель на озоне ;))

Согласен. Прорыв будет в области ИИ.
Это будет качественный скачек. Метаскачек. Это фокус самой вселенной...
Но и без "устаревших" технологий вы не выберетесь окончательно на новую ступеньку...
Новое поколение накапливает а не отметает.
Поэтому меня интересуют реальные, физически возможные космические технологии не завтрашнего дня (который уже не наступит) а послезавтрашнего. Ведь как ни крути, космос - это путь разума. РАЗУМУ нельзя вечно оставаться в колыбели...
А обезьяне? Она не вечна!
:)

ЦитироватьЗЫ: Александр, вы не могли бы мне ответить в личке?

Хорошо.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Андрей Суворов от 20.08.2010 14:58:10
ЦитироватьРассчитывать на вожделенные миллионы градусов с медленными нейтронам, мы видимо не можем. Не удержим, не успеем.
Да не в том дело, что не удержим или не успеем, а в том, что при миллионе градусов и температура нейтронов будет миллион градусов, и они, хоть и будут в термодинамическом равновесии с замедлителем, будут не очень-то медленными. Миллион градусов - это примерно сто электрон-вольт. Но уже при десяти разница в сечениях 235 и 238 очень незначительная.

Один из "приколов" РД-0410 именно в том и состоял, что замедлитель в нём был "холодный", т.к. был теплоизолирован от ТВС и охлаждался водородом раньше, чем тот поступал в ТВС, поэтому нейтроны тоже были "холодные". И уменьшения критичности из-за "нагрева" нейтронов таким образом избегали. А, вообще-то, разница между 300 и 3000 кельвинов в сечении деления очень даже заметна. Около трёх раз.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Fakir от 20.08.2010 15:49:31
ЦитироватьНо поддался авторитету Зубрина да и ... в JBIS статья напечатана, ведь!... Не смог (не хотел) поверить, что ТАКОЙ ОТКРОВЕННЫЙ бред на печатали там!

JBIS и куда больший бред порой печатает.
JBIS - не PRL, чай, и не "Письма в ЖЭТФ".
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 20.08.2010 17:16:44
Цитировать
ЦитироватьНо поддался авторитету Зубрина да и ... в JBIS статья напечатана, ведь!... Не смог (не хотел) поверить, что ТАКОЙ ОТКРОВЕННЫЙ бред на печатали там!
JBIS и куда больший бред порой печатает.
JBIS - не PRL, чай, и не "Письма в ЖЭТФ".

Разумеется.
Но и не "Мурзилка" же! И даже не "Техника молодежи"!
 :twisted:  

Цитировать
ЦитироватьРассчитывать на вожделенные миллионы градусов с медленными нейтронам, мы видимо не можем. Не удержим, не успеем.
Да не в том дело, что не удержим или не успеем, а в том, что при миллионе градусов и температура нейтронов будет миллион градусов, и они, хоть и будут в термодинамическом равновесии с замедлителем, будут не очень-то медленными. Миллион градусов - это примерно сто электрон-вольт. Но уже при десяти разница в сечениях 235 и 238 очень незначительная.

То есть, моя аргументация что медленные (равновесные со средой) нейтроны слишком медленно перебегают между ядрами и выполаживают экспоненту цепного процесса, отменяется самим фактом того, что уже при повышении температуры тепловые нейтроны уже будут бегать шибче...
Логично!
Но  этот же  эффект делает "медленные" нейтроны уже не медленными чудо,  на котором работаю реактры перестает работать.

В любом случае идея Зубрина отпадает.
Жаль.
У меня на нее были большие виды...
 :evil:
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 20.08.2010 17:22:23
Для страждущих чуда могу предложить неравноценную но замену...

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/13789.jpg)

http://en.wikipedia.org/wiki/Mini-Mag_Orion

Насколько я понимаю, там предполагают рвать миниатюрные ядерные заряды в голом, так сказать, виде. А имплозию осуществлять Z-пинчем.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Chilik от 20.08.2010 14:15:19
ЦитироватьНо сдается мне, что наши ядерные спецы  тут на своем сленге, просто побалагурили...
Вы правы. Смайлик -  :) или  :(  - выбирать по настроению.
Просто с возрастом всё чаще внутренний голос начинает подсказывать правильно. В данном случае он подсказывает, что subj от Зубрина является умозрительной чудой, которую нарисовал человек, реальных проблем не понимающий. Поэтому да - резвимся потихоньку на разных частностях, закопав для себя поглубже основной предмет обсуждения.

Теперь позволю себе пару комментариев по Вашему тексту, вдруг потом пригодится.

ЦитироватьНасколько я понял, главная проблема в том, что вы не уверены, что разогретый реакцией деления водный раствор тетрабромида урана УСПЕЕТ превратится в плазму. Смесь ионизированных частиц. А раз так, то припертое выше МНОЮ магнитное зеркало частицы отражать продукты реакции не будет...
Да нет, тут проблема более высокого уровня. Пусть оно всё превратилось в плазму, но при высокой концентрации частиц и низкой температуре. Тогда будет следующее. Частицы в плазме сталкиваются. При этом столкновении (в очень грубом описании) частица "перескакивает" со старой силовой линии магнитного поля на новую с характерным смещением масштаба ларморовского радиуса. Есть два характерных времени: время одного циклотронного оборота и время между столкновениями частиц. Если они одного порядка - то магнитное поле практически значения не имеет, плазма спокойно расширяется поперёк. Циклотронная частота зависит от магнитного поля (и массы частиц), частота столкновений растёт с концентрацией и быстро растёт при уменьшении температуры. Обсуждавшиеся 10^23 1/см3 и 10 эВ, да ещё для урана, заведомо попадают в такой режим.
 
ЦитироватьЕсли мы разгоняем водород до 50 км/с то это (считаю по Больцману) 100 000 градусов (9 эВ) А ионизация водорода идет при  13,6эВ. То есть это все еще очень горячий газ.
К этому тексту есть два комментария.
50 км/с - это потоковая скорость (направленное движение). А температура - хаотическое движение. Все плазменные процессы нужно считать по скорости хаотического движения частиц (температуре) в системе отсчёта вылетающей струи. А она может быть и на порядок меньше скорости истечения (как в струе хорошего авиационного двигателя).
Второй комментарий касается того, что для превращения газа в плазму вовсе не требуется его нагревать до температуры, соответствующей энергии ионизации. Всего-то нужно раз в 5-10 меньше. Скажем, для водорода переход лабораторной плазмы к почти полной ионизации наступает в районе 2 эВ (цифра зависит от концентрации частиц). А потенциал ионизации 13.6 эВ. В двух словах причина в том, что экспоненциально малое число быстрых электронов (у которых энергия в несколько средних тепловых) может произвести ионизацию. А когда ионизация произошла, то обратный процесс рекомбинации маловероятен в силу огромного стат. веса свободных состояний. Про подробности см. формулу Саха.

P.S. 2Fakir: я когда про излучение говорил, вовсе не тормозное имел в виду. Раз есть плазма, то по определению температуры хватает для возбуждения внешних электронных оболочек. А то и более глубоких. А у урана разных уровней там ох, как много. Будет светить линейчато. При такой плотности из-за штарковского уширения линии будут широкими. И в силу размеров системы - оптически толстыми. А раз их много, то получим "забор" линий, ограниченный планковским спектром при температуре эти 10 эВ. Любой желающий может убедиться, что это дофига с квадратного сантиметра. И даже если там эффективный коэффициент черноты 1/1000, то всё равно дофига. А квадратных сантиметров там тоже дофига в этой конструкции. И это я даже ничего пока не говорил про рекомбинационное, которое может быть и главным (лень считать, но то, что его тоже дофига - несомненно).
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alexey K. от 21.08.2010 09:14:31
ЦитироватьДвигатель Зубрина неработоспособен принципиально. Ибо число нейтронов экспоненциально нарастать не будет. Вот почему.
Тепловые нейтроны называются тепловыми потому, что они находятся в термодинамическом равновесии с замедлителем. Скорость 2200 м/с соответствует комнатной температуре.
Как только температура начнёт повышаться, скорость нейтронов начнёт повышаться тоже, а с нею начнёт падать сечение деления.
Нагрев водородосодержащей среды приводёт к росту реактивности, если только плотность этой среды остаётся неизменной. Происходит это из-за того, что с увеличением температуры уменьшается количество нейтронов поглощённых водородом. На бериллии этот эффект тоже заметен.
Уменьшение плотности замедлителя компенсирует положительный температурный эффект реактивности.
Таким образом нагретая вода, сжатая давлением до своей исходной плотности предпочтительней холодной воды.

У Топаза был большой положительный температурный эффект реактивности из-за нагрева гидрида. Ну и отражатель добавил.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 21.08.2010 11:29:26
То, что двигатель Зубрина неработоспособен, написали здесь уже 10 раз. Но почему никто не хочет обратить внимание  на то, что я написал еще на 1-ой странице? Там я предлагал рассмотреть два ДУГИХ варианта ЯРД:

1.Обеспечить в «камере сгорания» достаточно высокую реактивность, чтобы еще до испарения урановой «капли» выделилось достаточно энергии (как в атомной бомбе!) для получения приличного импульса (скорости истечения). А реакция должна быть на быстрых нейтронах, как в бомбе???
 В результате испарение «капли» будет взрывообразным и камера должна быть достаточно большой и крепкой. Так что двигатель будет работать в импульсном режиме – наподобие взрыволетов Сахарова и американского «Орион». Так, как «капля» не может быть меньше критической массы, выделение энергии тоже будет больше некоторого значения. (Андрей Суворов пишет, что самый малый реактор на обогащённом уране LOPO, содержал раствор уранилсульфата и имел критическую массу в 565 граммов). А про «1/3 водного раствора тетрабромида урана, обогащенного U235 до 20%» надо вообще забыть! Скорее чистый U235 и ничего, что не нужно для ядерной реакции. А рабочее тело вдувается отдельно по периферии камеры.
И уменьшение мощности ниже "критического" предела возможно только уменьшением к.п.д. ядерного горения. А количество выбрасываемого урана сохраняется...

2. Создать условия для протекания реакции деления в газовой фазе – как в «классическом» ГФЯРД. (Вот поетому я спрашивал про уран в ТОКАМАКЕ  :) ) Здесь может быть и увеличение размеров «камеры сгорания», и ТФЯР, питающий нейтронами газо-фазный реактор, и удерживание плазмы...
Это уже не то, что предлагает Зубрин. От Зубрина остается только идея отказаться от разделения рабочего тела и ядерного горючего. А это делает осуществление ГФЯРД более легко достижимым.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alexey K. от 21.08.2010 11:59:47
ЦитироватьОтcкакивая от часто всречающихся атомов и в конце концов вcтречают редкие атомы U235... Тот разваливается, выстрелив быстрыми нейтронами, которые тут же опять вязнут в замедлителе и ... все повторится.
Такой ЦЕПНОЙ ПРОЦЕСС идет намного медленней. Насколько? Не знаю. К спецам. Но он идет со скоростью ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. То есть плюс-минус скорость звука в среде реактора. То есть в миллионы раз медленней чем в бомбе.
Время жизни нейтрона в легководяном замедлителе порядка 10^(-5) сек без учета запаздывающих нейтронов.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alexey K. от 21.08.2010 12:17:04
ЦитироватьВ любом случае идея Зубрина отпадает.
Жаль.
У меня на нее были большие виды...
 :evil:

А может что-нибудь и получится, если рассмотреть эту идею с внешними источниками нейтронов :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: октоген от 21.08.2010 12:25:17
По поводу картиники с Z-пинчами. Читал что малые Ядерные заряды на Z-пинчах невозможны. Т.е. взорвать им 20 г урана не получится. Высмеивал эту идею кто-то из академиков. Так что степень достоверности ПМСМ большая. Надеюсь 100 г урана  Z-пинчами взорвать можно, а это при оптимистичных 10% выгорания взрыв в 200 т тротила. Т.е. взрыволет возможен и без гигантских взрывов в килотонны и прпопорционально больших аммортизаторов.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 21.08.2010 14:06:23
Цитировать
ЦитироватьНо сдается мне, что наши ядерные спецы  тут на своем сленге, просто побалагурили...
Вы правы. Смайлик -  :) или  :(  - выбирать по настроению.
Просто с возрастом всё чаще внутренний голос начинает подсказывать правильно. В данном случае он подсказывает, что subj от Зубрина является умозрительной чудой, которую нарисовал человек, реальных проблем не понимающий. Поэтому да - резвимся потихоньку на разных частностях, закопав для себя поглубже основной предмет обсуждения.

:) Спасибо что адекватно восприняли мой демарш!
Вот воистину "хорошего человека и нах послать можно!"
Все на пользу!
 :D

ЦитироватьЕсли они одного порядка - то магнитное поле практически значения не имеет, плазма спокойно расширяется поперёк. Циклотронная частота зависит от магнитного поля (и массы частиц), частота столкновений растёт с концентрацией и быстро растёт при уменьшении температуры. Обсуждавшиеся 10^23 1/см3 и 10 эВ, да ещё для урана, заведомо попадают в такой режим.

Не знаю как другие, но я эту идею (хотя и не так полно как вы изложили) уловил. Но оставил ее в стороне как не самую животрепещущую. На мой профанский взгляд, разумеется. Почему?
10^23 1/см3 частиц – это фактически плотность частиц в воде. Так? То есть в самой струе раствора.
Но! Когда рисовалось вот это "чудо":

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/13680.png)

то я тупо срисовывал схему зеркала с  работы японцев: http://go2starss.narod.ru/pub/E005_RFLR.html
А там писано:

Параметры для катушки R выбраны пропорциональным понижением параметров принятых Гайдом (Hyde). Положение катушки R изменялось от -2 до +3 м. Ток в заднем витке изменялся от 0.595 до 2.38 MA. Ток переднего контура фиксированный и составлял 3.57MA. Начальная форма плазмы принималась в виде шара fp радиусом 0.3 м и представляет собой ионы золота общей массой 110 миллиграмм. Начальная кинетическая энергия плазмы принята в 4 MДж и электронная температура 0 эВ. Отношение кинетической энергии плазмы и энергии поля - обычно 0.1. В данном случае энергия поля - суммарная энергия двух катушек. Другие параметры вычислительной модели те же самые, что и в модели Нагамине и Накашима (Nagamine and Nakashima).

Обратите внимание. Зеркало японцев НАЧИНАЕТ РАБОТАТЬ с шаром плазмы 0.3 м. При том, что сами соленоиды тут имеют 1-3 метра в диаметре (такова модель). То есть. Как я понимаю, зеркалу совсем не обязательно ловить плазму СРАЗУ ЖЕ с момента ее появления.
Вся эта схема изначально предназначалась для инерционного термояда. Для импульсного двигателя.
Мы здесь не удерживаем  плазму для зажигания (как в магнитном термояде).
Если бы чудо выделения нужного количества энергии имело место случится, то плазма с 10^23 1/см3 буквально из точки (сантиметры), сначала расползлась бы в шар, в силу того, что мы в ней имеем сильно столкновительное движение и эта сверхплотная плазма расширяться изотропно, неуправляемо. Но как тольк плотность плазмы в шаре упала бы до НУЖНОГО значения, когда время одного циклотронного оборота станет на порядок другой больше времени между столкновениями - ситуация изменится.
Я посчитал, что если изначально диаметр шара был 10 сантиметров, то расширившись до 5 метров объем шара увеличился в 125 000 раз. То есть плотность плазмы упала до 8,00E+17 1/см3. Это уже близко к тому с чем работаю в токамаках?
Пока мы делаем грубые прикидки... На лапоть...
Если так, тогда магнитное  зеркало японцев эту плазму подхватит и с некоторой (разумеется) эффективностью (как утверждается в 75%) превратит всенаправленный (хаотичный) разлет плазмы в более-мене направленную струю.
То есть.
Если привязываться к модели японцев, то принимая R=1 (скажем это 15 м) можно считать плазменную сферу  0.3R (те самые 5 м). Зная плотность при которой плазма уже становится управляемой можно посчитать массу материи в таком шаре. А зная скорость разлета осколков вычислить предельный (по этому параметру) расход топлива в двигателе (если сгорание происходит непрерывно). Это, грубо, поток частиц при известной плотности через поверхность сферы со скоростью истечения.

То есть. Прочтя ваш разговор, я  как-то сразу отметил для себя, что эта проблема ВАЖНАЯ (огромное спасибо!) но не столь принципиальная в выбранной мной схеме, как вопрос о температуре самой плазмы. Поэтому я прежде всего вцепился в куда более непонятный тогда для меня вопрос о том, дотягивает ли разлетающаяся во все стороны конкретная материя (водный раствор тетрабромида урана) со скоростью 66 км/с до плазмы или нет?

Возвращаясь еще раз к управляемости плазмы.
Да. Очень ценное замечание. Я согласен.
Как я теперь понимаю, в данной схеме двигателя помимо чисто термических ограничений (конструкция не должна разрушатся паразитной, неотражаемой зеркалом энергией из точки сгорания) возникает еще одно ограничение на мощность и тягу  -  управляемость плазмы. И, кстати, оба ограничения  комплементарны. Для  увеличения тяги и при первое и второго условие требует увеличить R конструкции. Но какой из этих параметров окажется более критичным (лимитирующим)? Надо конкретно считать. Мне кажется все же "температура", поток паразитной энергии на м2 конструкционных элементов. Ибо слишком много энергии уходит впустую. Да еще в очень неприятном виде (гамма, нейтроны). Хотя, c ростом R объем растет по кубу а поверхность по квадрату...
Но в любом случае, здорово что вы прояснили суть с управляемостью плазмы. Несомненно, важный и тонкий вопрос!
И тут будет масса интересных нюансов.

Теперь непосредственно о переходе газа в плазму.

Цитировать
ЦитироватьЕсли мы разгоняем водород до 50 км/с то это (считаю по Больцману) 100 000 градусов (9 эВ) А ионизация водорода идет при  13,6эВ. То есть это все еще очень горячий газ.
К этому тексту есть два комментария.
50 км/с - это потоковая скорость (направленное движение). А температура - хаотическое движение. Все плазменные процессы нужно считать по скорости хаотического движения частиц (температуре) в системе отсчёта вылетающей струи. А она может быть и на порядок меньше скорости истечения (как в струе хорошего авиационного двигателя).
Не понял, почему в системе отсчета  вылетающей струи?
Я считаю все в системе отсчета двигателя.
И почему "она (тепловая скорость?)  может быть и на порядок меньше скорости истечения"?
 :shock:  :shock:  :shock:
Кстати, я считаю не сопло а зеркало.
В принципе одно и то же но есть нюансы.
Смотрите. Зеркало. У нас магнитное. Но некоторое общее сходство с оптическим аналогом тоже есть. В зеркале, фактически,  из точки (фокуса) во все стороны разлетаются частицы. Те частицы, которые летят от зеркала можно считать потерянными. Зато частицы летящие на зеркало имеют ДВОЙНОЙ импульс. И если усреднять, то получается, что как бы с единичным импульсом работают все частицы (как в сопле).
Сопло за счет адиабатического расширения превращает тепловую скорость (хаос) в направленную скорость (порядок) всего потока. Здесь работаю все частицы, но с единичным импульсом. Не знаю, удалось мне объяснить суть разницы, но рисовать не хочу. На рисунке все было бы понятней...
В принципе  что в сопле что в зеркале получается то же самое, чуть разным способом. Что в лоб что полбу.
Как ни крути, оба устройства – тепловая машина со своим КПД. Нельзя хаос превратить в порядок полностью. Примерно  одинаков у них и КПД 60-70%. Но плата второму началу взымаетя чуть-чуть по-разному.
На срезе сопла скорость строго НАПРАВЛЕННОГО истечения всей массы  струи на 60-70% меньше чем тепловая, хаотическая скорость этих частиц в камере сгорания.
А зеркало (условно говоря) не меняет хаотичной скорости частиц.
Поэтому я и считаю тепловую скорость частиц в плазме скоростью истечении. НО! Зато у зеркала поток будет не строго направленным (некоторая его часть даже вперед летит!). То есть плата за превращение хаоса в порядок и тут неизбежно взимается ТОЖЕ.
Насколько она справедливо посчитана? Это к японцам.  Иван Моисеев, например, их вычислительной модели не верит. Но другой (именно для зеркала космического двигателя) я не находил...
Не знаю стоит ли здесь и сейчас в этом так скрупулезно копаться?
В  любом случае скорость рабочего тела (та,  которая подставляется в ф. Циолковского) должна бытьт меньше тепловой, хаотичной скорости плазмы в зоне сгорания. То есть тепловая скорость должна быть в любом случае или больше (сопло) или равна (зеркало) скорость истечения. Но никак не меньше (что меня и удивило!).
Иначе получится, что сопло добавляет плазме дополнительную энергию.  А откуда? Вся энергия струи из  теплового хаоса. Сопло или зеркало только упорядочивает его (да и то не до конца).

ЦитироватьВторой комментарий касается того, что для превращения газа в плазму вовсе не требуется его нагревать до температуры, соответствующей энергии ионизации. Всего-то нужно раз в 5-10 меньше.

Интересный нюанс. Спасибо. Но так как я ко всем этим красивым тонкостям физики плазмы  отношусь как потребитель (согласен, позиция профана, каюсь!) то в итоге мне не очень важно, что мои грубые расчеты оказались слишком далеки от истины. Главное что они в итоге все же вписываются в истину.  
Мне важно что я ошибся в нужную сторону. Даже в самой холодном варианте двигателя Зубрина, с 66 км/с истечения, даже при столь загрубленной оценке как у меня, рабочее тело уже плазма. А значит магнитное зеркало уже есть шанс применить.

Итог.
Вопрос о плотной, "столкновительной" плазме – проблема, которую надо учитывать. И считать. Приблизительные оценки выше вроде дают надежду что все в этом смысле будет в моей схеме путем.
Природа же рабочего тела – теперь ясно - вообще не проблема. Для такой скорости она обязательно будет плазмой.
То есть, я все же правильно сделал что общий пессимизм  вашего разговора с Факиром  не разделил (я понял его так: мол ничего не получится с магнитным отражателем).
Ведь у вас речь шла именно о перспективах магнитных методов.
И эти перспективы не столь плохи.
Засада же в другом – мы не можем получить необходимую нам степень выгорания на медленных нейтронах. О чем сказал Андрей Суворов.
Но все равно.
Мне важно разделить эти две проблемы.
Зеркало должно работать!
Уже хорошо.
Скажем, если рабочее тело в фокусе (водород) подогревать антиматерией, на худой конец, зеркало заработает.

Хотя, разумеется, хотелось бы найти метод использовать куда более дешевый уран, а не сверхдорогую антиматерию...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 21.08.2010 14:12:04
Цитировать
ЦитироватьОтcкакивая от часто всречающихся атомов и в конце концов вcтречают редкие атомы U235... Тот разваливается, выстрелив быстрыми нейтронами, которые тут же опять вязнут в замедлителе и ... все повторится.
Такой ЦЕПНОЙ ПРОЦЕСС идет намного медленней. Насколько? Не знаю. К спецам. Но он идет со скоростью ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. То есть плюс-минус скорость звука в среде реактора. То есть в миллионы раз медленней чем в бомбе.
Время жизни нейтрона в легководяном замедлителе порядка 10^(-5) сек без учета запаздывающих нейтронов.
То есть не в миллион а в тысячи. И процесс идет все несколько быстрей химического... Гм...
То есть. Шанс успеть нагреть активную зону до нужной плазмы все же был...
Если бы не то, о чем сказал Суворов...
Так?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 21.08.2010 14:26:21
ЦитироватьПо поводу картиники с Z-пинчами.
 Надеюсь 100 г урана  Z-пинчами взорвать можно, а это при оптимистичных 10% выгорания взрыв в 200 т тротила.
http://ralph.open-aerospace.org/PDF/2003.01.23%20-%20MMO%20Final%20Report%20Summary.pdf

Вообще-то там про Сm 245 говорят ...
Википедия - Кюрий:
"Кюрий — металл крайне дорогой. В настоящий момент используется только в самых важных областях ядерных технологий.
Кюрий-245 (период полураспада 3320 лет) очень перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением, и изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа."
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 21.08.2010 15:55:20
ЦитироватьТо, что двигатель Зубрина неработоспособен, написали здесь уже 10 раз. Но почему никто не хочет обратить внимание  на то, что я написал еще на 1-ой странице? Там я предлагал рассмотреть два ДУГИХ варианта ЯРД:
Димитър, не торопитесь. И отрицательный результат – тоже результат. Мы прорисовываем детали. Это всегда полезно.
Согласен с вами. Я идею надо спасать до самого конца. Высокоимпульсный и мощный термический двигатель (без термо-электрического преобразования) – вещь вожделенная.

Цитировать1.Обеспечить в «камере сгорания» достаточно высокую реактивность, чтобы еще до испарения урановой «капли» выделилось достаточно энергии (как в атомной бомбе!) для получения приличного импульса (скорости истечения). А реакция должна быть на быстрых нейтронах, как в бомбе???
Не очень хочется уходить от непрерывности работы схемы... У Зубрина было запланировано плавное горение... Мало того что это гораздо удобней (для проектировщиков кораблей) это еще и создает юридическую уловку. Ядерные взрывы в космосе запрещены. А ядерное горение – нет.
:)
ЦитироватьВ результате испарение «капли» будет взрывообразным и камера должна быть достаточно большой и крепкой. Так что двигатель будет работать в импульсном режиме – наподобие взрыволетов Сахарова и американского «Орион».
Тогда уж мини-маг-Орион. Это как раз то, что вы хотите.
НО! Учтите.  "Крепкая и достаточно большая" камера НЕИЗБЕЖНО будет тяжелой. И это съест большую тягу. При вожделенной скорости истечения 66 км/с ускорение будет как у ионников. Смысл?
Поэтому и я и автор мини-маг-Ориона уповает на магнитные силы...
И как видите, на этом пути возникает масса опасных нюансов...

ЦитироватьТак, как «капля» не может быть меньше критической массы, выделение энергии тоже будет больше некоторого значения. (Андрей  Суворов пишет, что самый малый реактор на обогащённом уране LOPO, содержал раствор уранилсульфата и имел критическую массу в 565 граммов).

Реактор – это реактор. Ему k=1 надо держать и тепловой баланс соблюсти. А бомба должна как-то очень быстро перейти в подкритический режим, который тут же начнет сам себя быстро разрушать.
Есть три способа.

1 Весь механизм  разместить в бомбе. Это подход "Орион" или "Медуза" (был еще "Гелиос" именно с большой крепкой камерой. Но от него отказались сразу в пользу "Ориона")

2 Использовать один общий внешний механизм. Тот же инерциальный термояд именно на так и должен работать ("Дедал", VISTA). Взрываются мини-термоядерные бомбачки.

3 Можно придумать гибрид. Уже придуман мини-маг-Орион.

Есть кстати вариант, где мини "боба" очень хитро замешанный коктейль из урана и трития с дейтерием. Уран поджигается потоком антипротонов, а распадающийся уран помогает загореться дейтерию с тритием, который (не все так просто!) тем временем упорно обжимают со всех сторон потоком ионов. А этот тритий с дейтерием загоревшись дожигает уран... Вот такая хитрозакрученная канетель. ICAN называется.

http://www.engr.psu.edu/antimatter/documents.html

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/63000.jpg)

То есть поле возможных решений уже достаточно плотно заставлено предшественниками.
Можно ли впихнуться с чем-то новым?
Если можно, то для начала надо "огласите весь списочек п-жалуста!"
Чтобы не изобретать велосипед.

ЦитироватьА про «1/3 водного раствора тетрабромида урана, обогащенного U235 до 20%» надо вообще забыть! Скорее чистый U235 и ничего, что не нужно для ядерной реакции. А рабочее тело вдувается отдельно по периферии камеры.
У классического Ориона проблема "вдувания рабочего тела по периферии" решается почти идеально. Это испарившиеся неядерные части бомбы.
 :D
У меня де-жа-вю.
В который раз обсуждаем очередной высокоимпульсный (звездолетный) двигатель и возвращаемся к тому-же. Мол взрыволет Уллма-Тейлора-Сахарова – единственно верное решение...
:)
ЦитироватьИ уменьшение мощности ниже "критического" предела возможно только уменьшением к.п.д. ядерного горения. А количество выбрасываемого урана сохраняется...
Я понимаю вас. Сделать маханькую и неэффективную бомбу. Она все равно будет мощней любой химической.
Что тут еще можно предложить кроме Z-пинча? Ну разве что лазерами или пучками попробовать сжать мишень из урана? А смысл?
Z-пинч наверняка эффективней. Ток сразу в механическую работу сжатия.
Цитировать2. Создать условия для протекания реакции деления в газовой фазе – как в «классическом» ГФЯРД. (Вот поетому я спрашивал про уран в ТОКАМАКЕ  :) ) Здесь может быть и увеличение размеров «камеры сгорания», и ТФЯР, питающий нейтронами газо-фазный реактор, и удерживание плазмы...
"Раз пошла такая пьянка, режь последний огурец!"
Кстати, насколько я помню эффект Z-пинча первоначально использовалась для опытов с термоядом. В прозрачную трубу запускали дейтерий-тритиевый газ. Давали разряд, ток тек и плазменный шнур самосжимался. Говорят даже получали потоки нейтронов таким образом (и даже нарабатывали на таких установках оружейный плутоний).
А вот интересно, а импульсный ультравысокотемпературный газофазный реактор таким образом можно сделать?
Тут ТОКАМАК и его особенности не нужны.
Два электрода в вакууме между которыми пускается какой-нибудь ураносодеращий газ... Уран обогащен до оружейного. Он расползается а его импульсами сжимают.
Но в чем прелесть могла бы быть? Такой реактор мог бы работать в псевдонепрерывном режиме. Сжимающие импульсы идут, скажем, с частотой 10 герц, новое ядерное топливо и рабочее тело (как вы хотите) подается непрерывно.

ЦитироватьЭто уже не то, что предлагает Зубрин. От Зубрина остается только идея отказаться от разделения рабочего тела и ядерного горючего. А это делает осуществление ГФЯРД более легко достижимым.
Да, уж...
"...остались от козлика ножки да рожки..."
 :shock:
 :D
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: октоген от 21.08.2010 15:09:13
Димитър

Плотность (при н. у.)   
13,51 г/см
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 21.08.2010 17:00:11
Цитировать
ЦитироватьВ любом случае идея Зубрина отпадает.
Жаль.
У меня на нее были большие виды...
 :evil:
А может что-нибудь и получится, если рассмотреть эту идею с внешними источниками нейтронов :)
Гм...
Не знаю в тему ли?
Но есть очень оригинальный проект в чем-то на это дело похожий.
Но облучается не мишень, а парус, на который напылен  уран 238 (удивлен но именно он! Почему? Не дочитался). Так вот, парус планируют опылять потоком антипротонов. Каждый антипротон  при попадании в ядро урана вышибает (вру по памяти!) до 25 нейтронной. И насколько я понимаю, каждый антипротон таким образом вызывает на поверхности паруса ядерный мирковзнывчик.
Насколья я понял вышибленные антипротоном нейтроны делят некоторые соседние ядра, а те ... Идет цепной процесс с быстрым затуханием...  А продукты такого микровзрыва разлетаются во все стороны но как полагают авторы, преимущественно в сторону с которой прилетел антипротон. В сторону открытого космоса. То есть, парус будет создавать тягу наподобие той, что создает ионный двигатель. Но без геморроя с электроэнергией.
Схема подкупает простотой.
Вся засада в запасе антиматерии.
Но авторы говорят, что  дюжины граммов  могли бы хватить на запуск стокилограмовой станции к Альфе Центавре на сантисветовой скорости (сотни лет полета).

(https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/63001.jpg)

Вот:  http://www.membrana.ru/print.html?1119366240
Но лучше вот: http://accelconf.web.cern.ch/Accelconf/p03/PAPERS/FOAA005.PDF

Глядячи на все эти чудеса сумрачного буржуйского гения возникает сильное желание как-то так ее улучшить чтобы эффект был тот же но ... без антиматерии.
 :oops:  :oops:  :oops:
 :shock:
 :D

Ведь антиматерия здесь всего лишь "зажигание". Источником энергии является именно ядерный распад.

Пврус здесь, фактически, медленно тлеющая ядерная бомба...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Alex_Semenov от 21.08.2010 17:08:34
ЦитироватьВообще-то там про Сm 245 говорят ...
Википедия - Кюрий:
"Кюрий — металл крайне дорогой. В настоящий момент используется только в самых важных областях ядерных технологий.
Кюрий-245 (период полураспада 3320 лет) очень перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением, и изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа."

Еще были в 60-х слухи о  пулях с калифорнием...  
Что же касается дороговизны, то все познается в сравнении...
По сравнению с антиматерией кюрий просто помет куриный!
 :twisted:
Это дерьмо даже просто хранить - супердорогая задача...
А получать (собирать) тем более.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Theoristos от 21.08.2010 18:06:35
ЦитироватьОдин из "приколов" РД-0410 именно в том и состоял, что замедлитель в нём был "холодный", т.к. был теплоизолирован от ТВС и охлаждался водородом раньше, чем тот поступал в ТВС, поэтому нейтроны тоже были "холодные".

А топливо горячее? Всё равно ведь сечение уменьшаться будет, скорость относительная.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 21.08.2010 18:20:41
ЦитироватьОбсуждавшиеся 10^23 1/см3 и 10 эВ, да ещё для урана, заведомо попадают в такой режим.
 
Поправка: если под обсуждением имелся в виду мой пост, то там не 10^23/см3 (0.2г водорода/см3, что больше, чем при н.у.), а 10^23/м3 = 10^17/см3.
Разница на 6 порядков.

И, конечно, я согласен с Факиром и Вами, что эта цифра многое не учитывает.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 21.08.2010 18:24:44
ЦитироватьА топливо горячее? Всё равно ведь сечение уменьшаться будет, скорость относительная.
Температура линейно связана со средней энергией (кТ), а не скоростью. Одно дело 100мэВ нейтрон, другое - те же 100мэВ но на ядро урана, которое (приблизительно) в 235 раз тяжелее.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 21.08.2010 18:29:28
ЦитироватьУ плутония 19+
Более того, у плутония - очень интересная фазовая диаграмма, и характеристики фаз сильно облегчают построение бомб.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 21.08.2010 23:56:34
Вот мне кажется интересная тема.

http://usap.org.ua/index.php?option=com_content&view=article&id=148:2010-07-22-15-51-21&catid=15:alternarive&Itemid=78

При длине ускорителя 4 км и энергии снаряда в районе 1 мегаджоуля. Уже можно обсуждать реальность построения корабля с таким двигателем.  Наверно в будущем можно будет уменьшить размеры и массу ускорителя.

Бомбить так бомбить.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Димитър от 22.08.2010 10:22:48
ЦитироватьВот мне кажется интересная тема.
http://usap.org.ua/index.php?option=com_content&view=article&id=148:2010-07-22-15-51-21&catid=15:alternarive&Itemid=78
:)
Нужно разогнать "пулю" или "снаряд" в виде миллиметрового алмаза до скорости порядка тысячи километров в секунду и направить его на сантиметровую мишень, состоящую из замороженного кристаллического метана, но не простого, а дейтерий-тритиевого (CD2T2). Энергия удара должна довести вещество в мишени до давления и температуры, достаточных для зажигания термоядерного синтеза.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 22.08.2010 11:47:07
Возможно это самый близкий путь к термоядерному двигателю. Наморозить мишеней не проблема, вакуума в космосе много. Ускоритель макронов это конечно сложная техническая задача, но если ее решить, то получаем термоядерный "Орион". У которого мощность взрывов можно регулировать произвольно.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: mihalchuk от 22.08.2010 11:55:53
ЦитироватьВозможно это самый близкий путь к термоядерному двигателю. Наморозить мишеней не проблема, вакуума в космосе много. Ускоритель макронов это конечно сложная техническая задача, но если ее решить, то получаем термоядерный "Орион". У которого мощность взрывов можно регулировать произвольно.
Вы уверены, что не проблема? А как насчёт распада трития?
Заодно: пусть выделяемая энергия будет в несколько раз превышать затрачиваемую, затрачиваемая тоже будет весьма велика, и, похоже, она будет электрической. Оцените размер установки для её получения.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 22.08.2010 18:44:20
Цитировать
ЦитироватьВозможно это самый близкий путь к термоядерному двигателю. Наморозить мишеней не проблема, вакуума в космосе много. Ускоритель макронов это конечно сложная техническая задача, но если ее решить, то получаем термоядерный "Орион". У которого мощность взрывов можно регулировать произвольно.
Вы уверены, что не проблема? А как насчёт распада трития?
Заодно: пусть выделяемая энергия будет в несколько раз превышать затрачиваемую, затрачиваемая тоже будет весьма велика, и, похоже, она будет электрической. Оцените размер установки для её получения.

Все же у трития полураспад 12 лет. При это получается пресловутый гелий три, его то же можно использовать. Правда, как делать мишени из смеси гелия и трития не очень понятно, но они могут, на пример, быть покрыты оболочкой. К тому же с использованием Гелия мы получаем протоны вместо нейтронов, а это значит, что сопло двигателя можно сделать элетромагнитным.


Можно изначально брать с собой литий, при длительном его облучении нейтронами производимыми непосредсвенно двигателем можно наработать достаточное количество трития.

Да энергия немалая, можно использовать отдельный ядерный реактор, или снимать энергию с двигателя, это все же не такамак, мишени могут быть достаточно крупными. И соотношение между выделяемой энергией и затрачиваемой может отличаться на порядки.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: mihalchuk от 22.08.2010 18:57:52
ЦитироватьИ соотношение между выделяемой энергией и затрачиваемой может отличаться на порядки.
Это сомнительно.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 22.08.2010 19:28:28
Цитировать
ЦитироватьИ соотношение между выделяемой энергией и затрачиваемой может отличаться на порядки.
Это сомнительно.

Не вижу проблем взорвать мишень побольше, вот использовать излишки, кроме как на движение сложно.

Кстати можно даже представить такую установку. Если использовать гелиево-тритиевые мишени, то в продуктах реакции будет большое количество заряженных частиц. Электромагнитное поле служащее такому кораблю соплом будет работать как огромный МГД-генератор. Если в нужных местах распложить выносные решетки-электроды, с них, думаю, можно снять значительно количество электроэнергии.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 22.08.2010 20:41:20
ЦитироватьНужно разогнать "пулю" или "снаряд" в виде миллиметрового алмаза до скорости порядка тысячи километров в секунду и направить его на сантиметровую мишень, состоящую из замороженного кристаллического метана, но не простого, а дейтерий-тритиевого (CD2T2). Энергия удара должна довести вещество в мишени до давления и температуры, достаточных для зажигания термоядерного синтеза.
Описание устройства на уровне житейской простоты. Например, морозить тритий или составы с ним довольно проблемно: у него энерговыделение что-то типа полуватта на грамм.
Ускоритель макротел до тысяч км/с - а на каких вообще принципах? :)

Зато почему-то алмаз (зачем? чем хуже будет просто разогнать мороженый дейтерий?) и почему-то метан (зачем?)... подробности которые добавляют авторы - второстепенные и лишь добавляют проблем.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 22.08.2010 22:21:18
Цитировать
ЦитироватьНужно разогнать "пулю" или "снаряд" в виде миллиметрового алмаза до скорости порядка тысячи километров в секунду и направить его на сантиметровую мишень, состоящую из замороженного кристаллического метана, но не простого, а дейтерий-тритиевого (CD2T2). Энергия удара должна довести вещество в мишени до давления и температуры, достаточных для зажигания термоядерного синтеза.
Описание устройства на уровне житейской простоты. Например, морозить тритий или составы с ним довольно проблемно: у него энерговыделение что-то типа полуватта на грамм.
Ускоритель макротел до тысяч км/с - а на каких вообще принципах? :)

Зато почему-то алмаз (зачем? чем хуже будет просто разогнать мороженый дейтерий?) и почему-то метан (зачем?)... подробности которые добавляют авторы - второстепенные и лишь добавляют проблем.

Зато хороший повод  пофлеймить на форуме. :)

И все же попробуем подумать:

Разгонять можно, предварительно придав положительный заряд.

Ну алмаз по идее выдерживает максимальное ускорение при разгоне, прочный потому что.

Метан из все газов содержит максимальное количество водорода, да его и морозить проще, я думаю.


Я Кстати последнее время, что то часто стал слышать про ударный синтез, может за этим и правда что то есть, а может просто пиар китайцев, сложно сказать.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Fakir от 22.08.2010 23:15:53
ЦитироватьОписание устройства на уровне житейской простоты. Например, морозить тритий или составы с ним довольно проблемно: у него энерговыделение что-то типа полуватта на грамм.
Ускоритель макротел до тысяч км/с - а на каких вообще принципах? :)

Ну такого рода идеи периодически мелькают, Битюрин из ИВТАНа что-то на эту тему публиковал, Фортов даже одно время интересовался... Лет 7-8 назад. Но как-то оно всё не очень выглядит, так что в целом и заглохло, почти ничего не слыхать.
ИМХО, это так... для разнообразия. Очень навряд ли перспективная вещь.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 23.08.2010 01:04:04
ЦитироватьРазгонять можно, предварительно придав положительный заряд.
Это как? Ну, если в деталях?

ЦитироватьНу алмаз по идее выдерживает максимальное ускорение при разгоне, прочный потому что.
Любое тело выдерживает любое ускорение, если ускорять все его части одновременно. :)
А если не одновременно (взрывчаткой, скажем), то алмаз - так себе, хрупкий. Или это просто для того, чтобы проект слишком дешёвым не казался? :)

ЦитироватьМетан из все газов содержит максимальное количество водорода,
А вот и фига там... из всех газов наибольшее количество водорода содержит водород.

Цитироватьда его и морозить проще, я думаю.
Чем водород? Ну да. Одна досада: при этом его ещё получить надо, прямо на месте. Хранить долго не выйдет. Ну и вообще, зачем в термоядерной плазме тяжелый лишний углерод? Чтобы она высвечивалась быстрее? :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 23.08.2010 01:06:42
ЦитироватьИМХО, это так... для разнообразия. Очень навряд ли перспективная вещь.
Если бы у нас возник способ относительно легко и просто ускорять миллиграммовые хотя б объекты до тысяч км/с - было бы вполне обсуждаемо, ИМХО...

А так - как-то очень уж странно, сводить одну нерешённую, но обнюханую проблему к куче других, тоже не решённых, но где и конь не валялся.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 23.08.2010 03:08:11
Да не знаю я как они его ускорять собираются, наверно у китайцеа есть мысли на этот счет.  Хотя если сильно зарядить, то электромагнитным полем и ускорять.

Равномерно ускоряется если только в гравитационном поле, остальные способы создают деформацию.

Водород однозначно круче,  а в чем проблема получит метан на месте? Хотя гелиево-тритиевая мишень в оболочке нравится мне больше.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 23.08.2010 14:53:39
Ну по ссылке же написано -

многоступенчатый электростатической линейный ускоритель длинной от 4 до 100 км.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 23.08.2010 15:00:22
Цитировать
ЦитироватьРазгонять можно, предварительно придав положительный заряд.
Это как? Ну, если в деталях?
Ну например облучить позитронами, протонами или полностью ободранными ядрами углерода.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 23.08.2010 15:06:38
ЦитироватьЗато почему-то алмаз (зачем? чем хуже будет просто разогнать мороженый дейтерий?)

При попытке придать мороженому дейтерию достаточно большой заряд частица будет разорвана электростатическими силами.

Не знаю, реально ли придать частице столь большой заряд. А Вы знаете?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 23.08.2010 11:50:03
ЦитироватьДа не знаю я как они его ускорять собираются, наверно у китайцеа есть мысли на этот счет.  Хотя если сильно зарядить, то электромагнитным полем и ускорять.
НА маленькой частичке заряд быстро создаёт высокий потенциал. Техническая проблема изоляции...

ЦитироватьРавномерно ускоряется если только в гравитационном поле, остальные способы создают деформацию.
Электростатическое - тоже равномерно.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 23.08.2010 11:52:14
ЦитироватьНу например облучить позитронами, протонами или полностью ободранными ядрами углерода.
Да, блин... не зарядить частицу, а ускорять. При технически возможных зарядах и требуемом размере частицы, это должен быть ОЧЕНЬ большой ускоритель.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 23.08.2010 13:33:47
Цитировать
ЦитироватьРавномерно ускоряется если только в гравитационном поле, остальные способы создают деформацию.
Электростатическое - тоже равномерно.

Это если заряд в теле распределен равномерно, а при сильном внешнем поле, это не так.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 24.08.2010 03:49:27
Цитировать
ЦитироватьНу например облучить позитронами, протонами или полностью ободранными ядрами углерода.
Да, блин... не зарядить частицу, а ускорять. При технически возможных зарядах и требуемом размере частицы, это должен быть ОЧЕНЬ большой ускоритель.
Что значит "очень большой"? 4 километра это "очень"? а 100 километров?
(это оценки авторов, а не цифры с потолка)

Что такое "технически возможный заряд" ? Вы знаете процессы (кроме механической прочности частицы), его ограничивающие?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Татарин от 24.08.2010 00:11:12
ЦитироватьЧто значит "очень большой"? 4 километра это "очень"? а 100 километров?
(это оценки авторов, а не цифры с потолка)

Что такое "технически возможный заряд" ? Вы знаете процессы (кроме механической прочности частицы), его ограничивающие?
Куда скорее 100, чем 4... и да, 100км для меня - это очень большой.

Да, конечно.
"Пробой вакуума" - в кавычках, потому что это технический термин, не надо воспринимать буквально. Поскольку никакой реальный вакуум не идеален, всегда найдётся заряженная частица, которая при достаточно большой напряжённости поля ускорится достаточно, чтобы при ударе вызвать вторичную эмиссию. Сначала - электронов, которые в свою очередь будут ускорены и выбьют горячие ионы. Те на противоположном электроде выбивают ещё электроны. Затем - испарение поверхностей, их ионизация, всё больше частиц участвуют, больше ток, больше мощность - лавинный процесс, который переходит в нормальный разряд в горячей плазме.
В случае идеального вакуума (невозможного практически, но тем не менее) предел ставит "холодная" эмиссия электронов полем. Полем из материала вырываются электроны... далее - по предыдущему сценарию.

Поскольку электрическая ёмкость системы ускоритель-ускоряемая частица ничтожно мала, сообщение заряда очень малого (по сравнению с требуемым для механического разрыва) породит большую разность потенциалов и напряжённость.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 24.08.2010 17:06:14
Неубедительно.

Классический пробой вакуума, как описано, подразумевает две вещи:
1. неподвижные электроды
2. отсутствие внешних полей

В ускорителе всё-таки частица довольно быстро движется, и может успеть улететь до того как лавина разовьётся.

К тому же, поля самого ускорителя очевидно будут доминировать везде, кроме небольшой области вблизи частицы. То есть выбитые из электродов электроны и ионы имеют все шансы на частицу не попасть.

И Вы не привели никаких численных оценок. Даже для классического пробоя вакуума.

Что касается "холодной эмиссии" для идеального вакуума, то в случае положительно заряженной частицы нужна эмиссия ионов, а это нереально. Да и насчёт электронов сомнительно, при хорошо отполированной сфере радиуса 0.5 мм.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 24.08.2010 11:31:24
А кстати, что они подразуменвают по "многоступечатый электростатический ускоритель"? Как это может выглядеть конструктивно?
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 25.08.2010 00:03:11
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/Lineaer_accelerator_en.svg/1000px-Lineaer_accelerator_en.svg.png

то же самое:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/Lineaer_accelerator_en.svg
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 25.08.2010 00:10:13
Большие фотографии:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/87/SLAC_long_view.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/Stanford-linear-accelerator-usgs-ortho-kaminski-5900.jpg
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 25.08.2010 00:26:46
Детальное описание в главе 5 (на английском):

http://www.slac.stanford.edu/spires/hep/HEPPDF/twomile/Chapters_4_5.pdf
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: gers от 25.08.2010 00:43:21
Интерестно, почему бы китайцам не построить вместо статического ускорителя, ускоритель маленьких постоянных магнитов. Или в этом случае посто полюса будут тянуть его в разные стороны, и он с места не сдвинется?  :) Наверное можно придать ему удлененную форму и, таким образом, ускорять каждый полюс отдельно?
      Преимущества в такой схеме есть сильное поле которым может быть заряжен такой магнит, и то что на его заряд не повлияют электроны и ионы в силу не идеальности вакуума... Интерестно, может ли быть такой ускоритель "макронов", почему китайци не идут етим путем?  :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Макар от 25.08.2010 13:10:01
Цитироватьhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/Lineaer_accelerator_en.svg/1000px-Lineaer_accelerator_en.svg.png

то же самое:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/Lineaer_accelerator_en.svg
Судя по схеме это линейно резонансный с трубками дрейфа.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 26.08.2010 03:25:18
Мне неизвестно, какой именно китайцы рассматривали (или может сразу несколько). Просто привёл примеры.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Chilik от 25.08.2010 13:52:10
ЦитироватьИнтерестно, почему бы китайцам не построить вместо статического ускорителя, ускоритель маленьких постоянных магнитов.
Блин, даже не знаю как вопрос задать. :)
Чур, не обижаться.
Короче, не могли бы Вы переформулировать свою мысль какими-нибудь другими словами. Потому что в этом варианте у меня не получается даже вычислить, про что вообще речь.  :roll:
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 26.08.2010 04:09:37
Наверняка речь шла о варианте
Мурзилка:Пушка Гаусса (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0)
только с постоянными магнитами.
Авторы всё это рассматривали (включая рельсотроны) и никак у них не получалось набрать нужные параметры.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: gers от 25.08.2010 18:12:22
ЦитироватьБлин, даже не знаю как вопрос задать.  
Чур, не обижаться.
Короче, не могли бы Вы переформулировать свою мысль какими-нибудь другими словами. Потому что в этом варианте у меня не получается даже вычислить, про что вообще речь.
Я не обидчивый, сам вопрос не правильно задал :) Сформулирую подругому. Китайци хотят ускорять електрически заряженые алмазы, а я спросил, можно ли ускорять феромагниты, если допустим к каждому полюсу магнитика приложить разное по знаку поле катушек ускорителя. Надеюсь счас правильно вопрос сформулировал :oops:
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 26.08.2010 04:18:40
Это и есть "Пушка Гаусса"
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: gers от 26.08.2010 01:08:44
А какой предел скорости у пушки гауса? Не хватит ли скорости снаряда чтобы провести сферическую имплозию DT шарика, и вызвать тем самым мини взрыв? Тем более что снаряд нужен весом в доли грамов.
   Я читал где-то, что скорость звука при 100 млн. градусов в водородной плазме приблизительно 600 км/с, значит скорость снаряда может быть в 3-4 раза меньше! Разогнать малое тело до 150-200 км/с, мне кажется проблема решаемая на современном технологическом уровне, мне так кажется
 :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: gers от 26.08.2010 01:09:17
А какой предел скорости у пушки гауса? Не хватит ли скорости снаряда чтобы провести сферическую имплозию DT шарика, и вызвать тем самым мини взрыв? Тем более что снаряд нужен весом в доли грамов.
   Я читал где-то, что скорость звука при 100 млн. градусов в водородной плазме приблизительно 600 км/с, значит скорость снаряда может быть в 3-4 раза меньше! Разогнать малое тело до 150-200 км/с, мне кажется проблема решаемая на современном технологическом уровне, мне так кажется :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 26.08.2010 13:25:58
Китайцы для своей метановой мишени, определили, скорость в 1000 км/сек.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: gers от 26.08.2010 14:44:19
ЦитироватьКитайцы для своей метановой мишени, определили, скорость в 1000 км/сек.
Я просто имею в виду, что при 150-200 км/с снаряда, скорость имплозии может быть и 600 км/с. Тоесть я провел аналогию с плутонием  в атомной бомбе, чтобы плутоний сдетонировал надо сближать куски сборки со скоростью не менее 10 км/с, а скорость взрывной волны не более 3-4 км/с.... Одним словом, такое быстрое сближение происходит только из-за геометрии взрыва вовнутрь. Если этот прицип научится применять с термоядерными снарядами, то скорости 600 км/с для них не нужно :)
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: mihalchuk от 26.08.2010 22:49:02
Цитироватьи почему-то метан (зачем?)... подробности которые добавляют авторы - второстепенные и лишь добавляют проблем.
Пожалуй, метан - наиболее, если не единственно понятная часть замысла - в нём будет бОльшая плотность водорода, чем у водорода замороженного.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: mihalchuk от 26.08.2010 23:31:54
Предлагаю авторам идеи перевести топик я ЯРД на термояд самим прикинуть реальность термоядерной детонации. Для начала задачу поставим так. Пусть снаряд , попадая в мишень, сжимает перед собой дейтериево-тритиевую смесь без рассеяния. Нужно оценить, насколько сожмётся смесь. Так как времени на обжатие будет немного, зададимся требуемой температурой 200 000 000 градусов. На фоне этой задачи можно пренебречь и состоянием вещества, и энергией ионизации, и посчитать объём по простой адиабате. Для простоты можно считать энергию атомов мишени 20 кэв, энергию продуктов реакции - 20 Мэв, полнота реакции - 50% (оптимистично), 80% энергии уносится нейтронами. Тогда можно считать, что энергия увеличилась в 100 раз (от затрат - условно в 50 раз при распределении энергии между снарядом и мишенью 50:50) , и при расширении пренебречь адиабатой (т. е. адиабатической потерей энергии). Пусть продкты реакции займут объём вещества мишени, сжатого снарядом. Температура при этом расширении пусть не изменится, но уменьшится давление, а плотность вернётся к прежней величине. Далее представим, что энергия стала просто передаваться окружающему веществу мишени: там будет температура в 100 раз больше 200 000 000 градусов, а плотность - в Х раз меньше. Сможет повышение температуры компенсировать уменьшение плотности - детонация пойдёт при идеальных условиях.
В реальных всё будет гораздо пессимистичнее.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: чайник17 от 29.08.2010 11:03:31
ЦитироватьДа, конечно.
"Пробой вакуума"
Ещё про пробой вакуума. Вот здесь
http://www.jetpletters.ac.ru/ps/1272/article_19254.pdf
приведена скорость распространения плазменного канала при "пробое вакуума" - 10 - 30 км/сек. То есть частицу с скоростью 1000 км/сек канал достать не сможет. Также утверждается, что разряд всегда начитается на катоде. При пролёте положительно заряженной частицы 1 мм в трубке, скажем, 1 см поле на катоде примерно на порядок меньше, чем у частицы. Интересна также формула (10) в конце - разряд на аноде тем сложнее получить, чем больше энергия связи атомов (у алмаза одна из самых высоких), и чем больше глубина проникновения электронов (у алмаза большая из-за низкого Z (заряда ядра)).
Также напряжения пробоя можно увеличить при помощи магнитной изоляции, описанной, скажем в
High voltage vacuum insulation: basic concepts and technological practice By R. V. Latham, стр 385...
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 29.08.2010 15:59:01
Напряженность поля на катоде на столько меньше, на сколько площадь катода больше площади анода, при одинаковых по модулю зарядах на них.  Тут надо понимать, что заряжать частицу придется в состоянии покоя  и только потом вводить в канал ускорителя. Но с другой стороны, у нас под рукой космос, размеры электродов ускорителя могут быть  относительно большими. Поскольку размеры снаряда и его масса малы, то при очень больших размерах ускоритель может быть отностительно легким.  

Правда есть ряд серьезных проблем, одна из них прицеливание, даже снаряд такого размера при промахе может причинить кораблю серьезный урон, а попадание в элементы ускорителя думаю полностью выведет последний из строя. Да и  прицелиться электростатическим ускорителем много сложнее чем электромагнитным, где само поле центрует снаряд в канале.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Ber от 29.08.2010 16:04:47
Интересно а можно ли подорвать мишень, взрывом другой мишени? Цепной подрыв мишеней идеальный вариант, но, что то мне подсказыает, что это невозможно.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Андрей Суворов от 30.08.2010 10:15:13
ЦитироватьИнтересно а можно ли подорвать мишень, взрывом другой мишени? Цепной подрыв мишеней идеальный вариант, но, что то мне подсказыает, что это невозможно.
Это, как раз, очень легко, тяжело только из этого сделать двигатель.
Тепловым рентгеном от взорвавшейся мишени следующую взорвать легко, если организовать соответствующей геометрии хольраум.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Serg Ivanov от 23.01.2017 18:35:42
ЦитироватьAlex_Semenov пишет:
 
ЦитироватьДа не в том дело, что не удержим или не успеем, а в том, что при миллионе градусов и температура нейтронов будет миллион градусов, и они, хоть и будут в термодинамическом равновесии с замедлителем, будут не очень-то медленными. Миллион градусов - это примерно сто электрон-вольт. Но уже при десяти разница в сечениях 235 и 238 очень незначительная.

То есть, моя аргументация что медленные (равновесные со средой) нейтроны слишком медленно перебегают между ядрами и выполаживают экспоненту цепного процесса, отменяется самим фактом того, что уже при повышении температуры тепловые нейтроны уже будут бегать шибче...
Логично!
Но этот же эффект делает "медленные" нейтроны уже не медленными чудо, на котором работаю реактры перестает работать.

В любом случае идея Зубрина отпадает.
Жаль.
У меня на нее были большие виды...
  :evil:  
Ну и что  с того, что нейтроны последующих поколений деления не будут медленными? Зато их будет много. Очень много. Тут выше спрашивали как идея Зубрина будет работать с внешним источником нейтронов - а чем внутренний-то не устраивает?  Чудо на котором работают реакторы действительно перестаёт работать на каком-то этапе, но начинает работать чудо на котором работает  бомба - реакция начинается на тепловых нейтронах, затем может продолжаться на промежуточных и быстрых по мере роста нейтронного фона внутри расширяющейся струи.   К стати в исходной статье Зубрина указан прямо процент выгорания 0,1% (от 0,2% в центре струи и до 0 с краю), 0,8 это КПД сопла-отражателя плазмы. И чем этот отражатель в принципе отличается от отражателя Ориона? Ну будет он не плоский, а параболический - раз СРЕДНЯЯ мощность двигателя такая же и охлаждение возможно такое же. Зубрин, ИМХО, не так прост как кажется.
Название: ЯРД Зубрина
Отправлено: Serg Ivanov от 24.01.2017 10:57:13
Попытки создания ядерной бомбы на основе  гидрида урана (с целью экономии делящихся материалов) были выполнены в 1953. Две гидрид-урановые бомбы были испытаны в ходе операции Upshot-Knothole. Было показано, что мощность каждого из устройств составила примерно 200 тонн тринитротолуола.
Для гидрида урана-235, помещённого в металлический кожух, отражающий нейтроны, критическая масса урана составляет около 550 граммов. 
http://elib.biblioatom.ru/text/atomny-proekt-sssr_t2_kn6_2006/go,802/
Энергия 200 т ТНТ соответствует делению 10 грамм урана 235. Т.е. был достигнут "коэффициент выгорания" около 2%. Зубрин полагает в 20 раз меньший.
Получается что ядерные реакции взрывного типа на тепловых нейтронах вполне возможны.