К вопросу о ядерных космических энергоустановках

[Chilik]

Есть подозрение, что идея где-то в буковках и циферках не сойдётся.
К примеру, гамма-источник предполагает достаточно большой пробег излучения в веществе. То есть достаточно высокую плотность рабочего тела при разумных размерах системы. Тогда не попадаем в скорости рекомбинации.
Собственно, пессимизм вызывает даже не это, а большое количество радиоактивного вещества в установке. По сути, это - хрень, которую нельзя выключить и которая начинает работать прямо в процессе сборки на заводе. Чуть что в процессе и далее вплоть до пуска не так - и трындец. А первые 10 минут полёта что оно делает?
Как и в случае с альфа-источником в качестве движителя, я в такое не верю.

[Nikola]

Собственно вот.
Средняя мощность 2 МВт, но мощность в импульсе 1,5ГВт. Можно и больше. По сути это бомба, которой механически не дают взорваться.

Ой, это сложная, специальная штука. А если без механики? Природный же в африке вроде работал?

Есть подозрение, что идея где-то в буковках и циферках не сойдётся.

Начальная идея никогда не работает. Но студентику дать посчитать можно.

Собственно, пессимизм вызывает даже не это, а большое количество радиоактивного вещества в установке. По сути, это - хрень, которую нельзя выключить и которая начинает работать прямо в процессе сборки на заводе. Чуть что в процессе и далее вплоть до пуска не так - и трындец. А первые 10 минут полёта что оно делает?
Как и в случае с альфа-источником в качестве движителя, я в такое не верю.

Так это не на землю, на луну или еще в какую дыру. Даже если лопнет или еще как вокруг все жутко загадит- не велика беда-потеря. Там экологии нет.
Кстати длительная эксплуатация классической малой АЭС вообще без обслуживания тоже чревата...

[Nikola]

К примеру, гамма-источник предполагает достаточно большой пробег излучения в веществе. То есть достаточно высокую плотность рабочего тела при разумных размерах системы. Тогда не попадаем в скорости рекомбинации.

Бог с ней, с гаммой, пусть улетает. На нейтронах/ионах нагреемся.

[vlad7308]

очень близкая по теме статья
Multi-MW Closed Cycle MHD Nuclear Space Power Via
Nonequilibrium He/Xe Working Plasma
Ron J. Litchford1 and Nobuhiro Harada2
1NASA Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL 35812
2Nagaoka University of Technology, Nagaoka 940-2188, Japan
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110009914_2011009270.pdf

в частности, по поводу ионизации рабочего тела для МГД:
предполагают использовать He-Xe смесь, при температурах не выше 1800 К, степень ионизации - sic! - поддерживать на нужном уровне просто напросто путем принудительной ионизации на входе в МГД
видимо, считают это возможным хотя бы теоретически.

A He/Xe mixture is known to be an excellent coolant for gas-cooled reactors and is a good thermal
insulator when stagnant (Wright et al., 2004). Moreover, the ionization characteristics of Xe are advantageous for
generation of nonequilibrium plasma conditions, and it would avoid the difficult low temperature condensation
problems associated with alkali metal seeded systems. In this concept, the bulk He carrier fluid is mixed with small
amounts of Xe, which serves as the primary ionization seed. It is assumed that this inert gas mixture can be heated
to no more than 1800 K in a solid core fission reactor due to practical constraints on fuel element temperature.
Because the ionization potential of a Xe seeded working medium is much higher than conventional alkali-metal
seeds (e.g., cesium), the natural ionization level, and therefore the electrical conductivity, are insufficient to invoke
significant MHD interaction, and some form of electrical pre-ionization must be introduced at the entrance to the
MHD generator for nonequilibrium plasma generation. Thus far, microwave, electron beam, helicon, and RF type
systems have been identified and recommended as potentially viable candidates; however, the most suitable preionization
system will ultimately depend on subsystem effectiveness, reliability, simplicity, and specific mass
characteristics as determined from laboratory evaluations and detailed design analyses. If the pre-ionization scheme
can elevate the electron density and electron temperature sufficiently high and the effective recombination rate
coefficient is sufficiently small, an FIP state can be established such that a high electron number density condition is
sustained throughout passage through the MHD generator (Kobayashi and Okuno, 2000).

[Dmitri]

Почему для космических ядерных энергоустановок не используется МГД-преобразование?

1. Ceйчac нeт космических ядерных энергоустановок,зaпpeщeны дoгoвopaми, Oчeнь дopoгo, cлogнo, oпacнo.пpoщe и deshevle coлнeчнie eлeмeнты. 20 лet cpok cлygбы.
дage пapoтypбинy, gaзoтypбинy нe ycтaнoвили нa MKC нa 50 kBт.
2.  МГД-преобразование- тeмпepaтypы пoд 2500C,
инaчe мaл kпd.
Maтepиaл нe выдepgивaeт ни oдин бoльшe 1-3 мecazev.
MГД  ekcпeримeнтaлныe eлekтpocтaнzии ecть oднa v Ecтoнии,v Avcтpalии, USA.
Импульсные MГД  
http://www.jiht.ru/science/topics/topic3_3.php
pabotaut 1 paz-1 minyty,potom nado zamenyat detali.

[dan14444]

Делать рабочее тело и электроды из одного и того же веществу - дело хорошее. В идеале - электроды жидкие, испаряющиеся и деградации нет вообще. Правда, придётся озаботится обратным массопереносом...

В гамму дело не упёрлось - бета каг бэ не лучше.

Конструкционно это фсё будет ну очень нетривиально, но результат может таки быть...

[zeaman]

А я вот такое безумие предлагаю: Бочка с пульсирующей цепной реакцией, замедлитель кидает туда-сюда. Можно же такое соорудить на акустической частоте? Пульсации давления преобразовать - дело техники. КПД конечно паршивый, зато просто как валенок.
Можно и пострашнее - замедлитель с делящимся в газовой фазе, подобрать параметры так чтобы реакция шла только в скачке плотности. :shock:  Тогда эти скачки плотности, считай плазму, можно заставить бродить по объему, глядиш и можно будет с них энергию вытащить.

Где-то ходила идея ЭУ  в виде "жесткого диска" - часть ЯТ на роторе, часть на  статоре. При вращении происходят всплески ЦР. Изменением частоты вращения - позиции неподвижной части можно менять параметры реакции.

[ronatu]

Cheaper superconductors and magnets will make MHD generators more affordable
 
ShareMHD Generators could make zero emission coal generators affordable and efficient and MHD generators could also make nuclear power for space very light with an energy density of one to three kilograms per kilowatt. Magnets are about 22% of the cost. Superconductors and new permanent magnets (using nanomaterials) could make more powerful magnets that are far cheaper. Superconductors appear on track to become several times cheaper and more powerful over the next 5 years.



http://nextbigfuture.com/2011/07/cheaper-superconductors-and-magnets.html

[ronatu]

Superconducting Magnets For Space Application Nuclear Power and Propulsion Systems (2005, 31 pages)

Russian and other work on MHD nuclear space power and higher efficiency ground based chemical reactors
 


http://nextbigfuture.com/2011/07/russian-and-other-work-on-mhd-nuclear.html

.....For decades Russia has devoted considerable resources to develop a light compact propulsion as well as power system for future space ships. Over the years Russia has developed a number of different types of MHD generators. Some were intended for ground use and thus were not limited by weight. In the eighties the Kurchatov Institute in collaboration with Energia corporation developed and successfully launched a superconducting magnet for a sub orbital test flight to prove that it was possible to shield plasma with magnetic field and in this way maintain radio communication when spacecraft has being going trough the dense layers of the atmosphere.....

[ronatu]

[ronatu]

[Dmitri]

barga44 пишет:
 Почему для космических ядерных энергоустановок не используется МГД-преобразование?

1. Ceйчac нeт космических ядерных энергоустановок,зaпpeщeны дoгoвopaми, Oчeнь дopoгo, cлoжнo, oпacнo.Пpoщe и дeшeвлe coлнeчныe элeмeнты. 20 лeт cpok cлyжбы.
дaжe пapoтypбинy, гaзoтypбинy нe ycтaнoвили нa MKC нa 50 kBт.
2.  МГД-преобразование- тeмпepaтypы пoд 2200C,
инaчe мaл kпд.
Maтepиaл нe выдepживaeт ни oдин бoльшe 1-3 мecяцeв.
MГД эkcпeримeнтaльныe элekтpocтaнции, нo тoпливo  yгoль, ecть oднa в Эcтoнии (Koxтлa-яpвe), Aвcтpaлии, USA (50 MegaBaтт!).
Импульсные MГД  
http://www.jiht.ru/science/topics/topic3_3.php
paбoтaют 1 paз 1 минyтy,пoтoм нaдo зaмeнят дeтaли или нaдo выключать,ocтyжaть.
3. Теплоноситель в атомном реакторе криптон, возможно с добавкои гелия. Hагрев только примерно до 1500K.Они слабо радиоактивны при протекании активной зоны атомного реактора.Натрий не бyдyт использовать, т.к. тяжел и невозможно сделать турбинy, которая работала бы 5-10 лет.А Кpиптон, Гелий- инертные газы.Они ни с чем не вступают в химическую реaкцию. Их изотопы -гaзы, которые образуются в теплоносителе. Hе сильно отличаются по своим свойствам oт He,Kr.
А изотопы натрия (и дрyгие образующие хим. вещества co vpemenem) надо убирать, чистить теплоноситель от него.
MГД  теплостанции не обогревают Монреаль, Бостон или Москву,Пекин.Только тепловые и атомные, где есть турбины.В них cжигается газ или угол или мазут.Т.е. космические технологии сначала отрабатывают на земле.
И пока МГД станции проигрывают по рecypcy для тепловой мощности 1 МегаВатт.
А маломощная станция на 10 кВт при сроке работы в 2-3 недели или 1 МгВт, но при рecypcе 1 минута может быть МГД установкой в космосе.

[instml]

НАСА призывают строить ядерный марсианский корабль

Новый (468-страничный!) доклад Национального исследовательского совета США имеет весьма претенциозное название: «Дорожная карта космических технологий и приоритетов для НАСА: восстановление технологического лидерства НАСА и прокладка пути к новой эре в космосе». Документ фокусирует внимание на давно применяемых ионных двигателях, которым бортовые системы обычных космических кораблей никогда не могли дать достаточно энергии, и на ядерном ракетном двигателе (ЯРД).

Первые уже используются в 230 кораблях как маневровые, а с недавних пор — и как маршевые в космических зондах. А вот вторые не так везучи. Первый проект такого рода стартовал в США в 1951 году. Разработка двигателя NERVA зашла довольно далеко, но всё-таки была свёрнута в 1971 году, виной чему стало одно из бесконечных сокращений традиционно чрезмерного американского бюджета.

Естественно, что сегодня и кадры, и специфические знания в значительной степени утрачены, и это отмечается в докладе. Поэтому, как говорят его авторы, «первоочередной задачей является сбор и систематизация данных по программе NERVA». Одновременно рекомендуется заменить топливо NERVA на основе графита на более современные решения, с тем чтобы «добиться радиационной безопасности выхлопа». Это и понятно: радиоактивные выбросы от него таковы, что хотя и приемлемы в космосе, однако наземные испытания могут вызвать известные трудности.

В докладе также предлагается начать разработку ЯРД с тяги в 5 000 фунтов, с тем чтобы затем спроектировать двигатель с тягой в 20 000–25 000 фунтов, способный «доставить пилотируемый корабль на Марс». Особо отмечается: использование ЯРД может настолько сократить стартовую массу корабля, что это значительно снизит и сложность, и стоимость марсианской высадки.

Обсуждение этой программы в конгрессе, безусловно, заставит политику «поднять свою уродливую голову» (по выражению журнала Nature). И не только в бюджетном смысле: «Образ корабля с ядерным реактором, взрывающегося на стартовой площадке или в атмосфере на пути в космос», действительно может серьёзно повлиять на посредственно разбирающихся в физике слуг народа.

Разумеется, вплоть до выхода в космос ядерный реактор будет молчать — а значит, и последствия, даже при полном разрушении космического корабля, будут относительно малозначимы. Но, к несчастью, конгресс США уже показал на примере известных дебатов по изменению климата и эволюции, что разум в нём сидит на самых задних скамейках, далеко за укоренившимися представлениями и страхами, корыстными интересами и идеологическими пристрастиями народных избранников.

http://science.compulenta.ru/659896/

[pkl]

Тема ЯРД уже всплывала в США в ранний период программы "Констеллейшн." В тот раз не закончилось ничем.

[frigate]

НАСА призывают строить ядерный марсианский корабль

Новый (468-страничный!) доклад Национального исследовательского совета США имеет весьма претенциозное название: «Дорожная карта космических технологий и приоритетов для НАСА: восстановление технологического лидерства НАСА и прокладка пути к новой эре в космосе». Документ фокусирует внимание на давно применяемых ионных двигателях, которым бортовые системы обычных космических кораблей никогда не могли дать достаточно энергии, и на ядерном ракетном двигателе (ЯРД).
...

http://science.compulenta.ru/659896/

Линк на доклад я выкладывал в ветке "Книги по космонавтике ценные и полезные"  
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=8552&start=2370

[Александр]

  Очень интересно!   

[Алексей Любопытный]

Да ну, Цезий. Мож Ксенон?

[vlad7308]

шизофреническая некрофилия?

[Алексей Любопытный]

Кинетика ионизации при входе сверхзвукового потока плазмы ксенона в электрическое поле
http://journals.ioffe.ru/pjtf/2004/17/p33-38.pdf
Численное моделирование нестационарных МГД течений в моделях сверхзвуковых входных устройств
http://aero.spbstu.ru/publ/golovachov.pdf

[Andrey]

Попытки скрестить ядерный реактор и ртуть были.
Закончились неудачей.
Слишком она коррозионная.

Натрий + калий также в реактор не смогли запихать.
Не знаю почему. 
А более активный цезий скорее всего тоже не пойдет.

Выгода от использования криптона неочевидна.
Все равно нужен центробежный насос с электродвигателем.
Если КПД МГД генератора будет маленьким все будет плохо.
Тут нужно тщательно считать.