ЯРД Зубрина

[Alex_Semenov]

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...

Значит 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?

Кстати, 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...

Это «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:

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.

Понадобится – снизим, чтобы сделать первые двигатели. А потом, с накоплением опита, будем потихоньку увеличивать.

Но всякому процессу совенствования есть предел.
 :twisted:

Яркий 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.

Во-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...

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.

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...

[hecata]

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 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?

[Татарин]

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.

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.

[Fakir]

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.

[Chilik]

А 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.

[Fakir]

А 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

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.

Да на 10 эВ навряд ли... Это ж газ будет, по сути... Тормозухи никакой почти.
Что, впрочем, ничего не меняет

[Ber]

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.

[Alex_Semenov]

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*.
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!

[Андрей Суворов]

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.

[октоген]

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.

[Димитър]

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.

Выходит, сделать ГФЯРД, практически невозможно  :shock:

Двигатель Зубрина неработоспособен принципиально.

А мы здесь обсуждаем уже ДРУГИЕ схемы!

1/3 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...

и до 10 эВ на такой плотности уран догреть в большом объёме непросто.

Вообще-то мы надеемся, что сможем заставить уран сам себе греть...

[Андрей Суворов]

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.

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.

[Alex_Semenov]

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:

[Alex_Semenov]

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.

Ну вот, пришел Суворов и все опошлил!
 
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.

[Alex_Semenov]

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 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.

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

"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...

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 )

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!

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

Хорошо.

[Андрей Суворов]

Рассчитывать 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.

[Fakir]

Но 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".

[Alex_Semenov]

Но 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:  

Рассчитывать 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:

[Alex_Semenov]

Для страждущих чуда могу предложить неравноценную но замену...



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.

[Chilik]

Но 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.

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...

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.
 

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.

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).