Ядерный двигатель

[SONY]

Но если эти осколки ядер, которые заряжены положительно, удалось бы мощной магнитной системой как-то сфокусировать, обеспечить однонаправленное движение, вообще без соприкосновения с конструкцией двигателя, это было бы очень заманчиво....

Абсолютно все проекты таких двигателей предполагают использование магнитного сопла.

[vlad7308]

Но если эти осколки ядер, которые заряжены положительно, удалось бы мощной магнитной системой как-то сфокусировать, обеспечить однонаправленное движение, вообще без соприкосновения с конструкцией двигателя, это было бы очень заманчиво....

Абсолютно все проекты таких двигателей предполагают использование магнитного сопла.

разумеется

Однако, справедливости ради - в цепочках реакций распада среди продуктов есть и гамма, и нейтроны. Так что одним магнитным полем не обойдешься.

[SONY]

Однако, справедливости ради - в цепочках реакций распада среди продуктов есть и гамма, и нейтроны. Так что одним магнитным полем не обойдешься.

Половина гамма-излучение идёт из-за бета-распада осколков деления, а он будет уже за двигателем.
А вот нейтроны - это да, они полностью идут в нагрев, т.к. нам нужно нейтроны замедлить, отдав их энергию двигателю, и затем вернуть назад в активную зону.
Но в сумме это - несколько процентов от полной энергии деления. Для урана-233 (который лично мне видится самым перспективным из-за возможности хранить на борту инертный торий-232 и производить из него нужное количество урана-233 по мере расходования) полная энергия деления составляет 198,5 МэВ, а на мгновенное гамма-излучение и нейтроны в сумме приходится только 12,0 МэВ - 6,0%.

[vlad7308]

Но в сумме это - несколько процентов от полной энергии деления. Для урана-233 (который лично мне видится самым перспективным из-за возможности хранить на борту инертный торий-232 и производить из него нужное количество урана-233 по мере расходования) полная энергия деления составляет 198,5 МэВ, а на мгновенное гамма-излучение и нейтроны в сумме приходится только 12,0 МэВ - 6,0%.

НЯП примерно так (точно не помню, образование давно забыто  ). Если считать, что весь каскад вторичных реакций идет уже за соплом, что похоже на правду.
Но эти 6% в быстрых нейтронах и гамме - это дофига. И их энергия нафиг не нужна, наоборот это чисто паразитное и очень вредное тепло, которое придется сбрасывать, плюс все прелести нейтронного потока как такового. Вернуть нейтроны в активную зону необходимо, но как?

В общем, я не понимаю, как это должно работать.
Еще и АЗ из аэрогеля...

[Alexandr_A]

Ядерный ракетный двигатель на осколках деления:
https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2023/Aerogel_Core_Fission_Fragment_Rocket_Engine/ 

Чтобы удовлетворить острую потребность в передовых двигательных решениях, мы предлагаем разработку ракетного двигателя на осколках ядерного деления (FFRE), который экспоненциально более эффективен, чем ракетные двигатели, используемые в настоящее время для приведения в действие современных космических аппаратов, и может достигать очень высокого удельного импульса (> 100 000 с) при высокой удельной мощности (>кВт/кг). Текущие предлагаемые конструкции ракетных двигателей на осколках деления являются непомерно массивными, имеют значительные тепловые ограничения или требуют реализации сложных конструкций, таких как левитация пылевой плазмы, что ограничивает краткосрочную жизнеспособность. Мы предлагаем разработать небольшой прототип активной зоны ядерного реактора низкой плотности и преобразовать ядерную энергию, хранящуюся в делящемся материале, в высокоскоростной выхлоп ракеты и электроэнергию для полезной нагрузки космического корабля. Основные улучшения по сравнению с предыдущими концепциями: 1. Внедрение частиц делящегося топлива в матрицу аэрогеля сверхнизкой плотности для достижения сборки критической массы.

Идею с этой темы сперли:
 
https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?msg=1938535

В продолжение темы двигателей на ядерных излучателях.
Еще один вариант, максимально простой и эффективный.

1. Камера
2. Сопло
3. Излучающий Элемент
В этой схеме вместо тонких пленок материал с высокой пористостью. Например, для пористости 10000/1 слой 5 мм эквивалентен 0,5 мкм. Такие материалы достаточно прочные, можно делать трубками и как угодно.
Водород свободно просачивается сквозь такой материал. Соответсвенно подача водорода происходит через стенки излучающих элементов. Это дает идеальное использование хладоресурса водорода.
В сравнении с "итальянской" схемой здесь не нужно сбрасывать 60-80% энергии через холодильники излучатели (десятки МВт). В новой схеме потери это только тепло снимаемое со стенок камеры и сопла. Давление и температура газа перед соплом в принципе те же 6 Бар и 11500 К.

[telekast]

Но в сумме это - несколько процентов от полной энергии деления. Для урана-233 (который лично мне видится самым перспективным из-за возможности хранить на борту инертный торий-232 и производить из него нужное количество урана-233 по мере расходования) полная энергия деления составляет 198,5 МэВ, а на мгновенное гамма-излучение и нейтроны в сумме приходится только 12,0 МэВ - 6,0%.

НЯП примерно так (точно не помню, образование давно забыто  ). Если считать, что весь каскад вторичных реакций идет уже за соплом, что похоже на правду.
Но эти 6% в быстрых нейтронах и гамме - это дофига. И их энергия нафиг не нужна, наоборот это чисто паразитное и очень вредное тепло, которое придется сбрасывать, плюс все прелести нейтронного потока как такового. Вернуть нейтроны в активную зону необходимо, но как?

В общем, я не понимаю, как это должно работать.
Еще и АЗ из аэрогеля...

Омыть активную эону теплоносителем и его же сбросить в нее же и/или в сопло, чтобы не морочиться с радиаторами километровыми и прочим обвесом. Как раз на сэкономленную массу/обьем набрать хладогента на борт. 

[SONY]

Но эти 6% в быстрых нейтронах и гамме - это дофига. И их энергия нафиг не нужна, наоборот это чисто паразитное и очень вредное тепло, которое придется сбрасывать

Это "вредное тепло" даёт нам электроэнергию для питания систем корабля.
При температуре 1500 К сброс 60 МВт тепла требует 220 м^2 излучателей. Т.е. пара панелей 5x11 метров по бокам от двигателя (т.к. светят обе их стороны). 60 МВт сброса тепла - это 1 ГВт мощности ядерной реакции. Весьма такой не слабый двигатель...

плюс все прелести нейтронного потока как такового. Вернуть нейтроны в активную зону необходимо, но как?

Так, как это делается в абсолютно всех ядерных реакторах - замедлитель-отражатель... Вокруг реактора слой, например, графита.

[SONY]

Омыть активную эону теплоносителем и его же сбросить в нее же и/или в сопло, чтобы не морочиться с радиаторами километровыми и прочим обвесом. Как раз на сэкономленную массу/обьем набрать хладогента на борт. 

В количествах, равных массе системе охлаждения, он закончится в первые часы полёта.

[vlad7308]

Это "вредное тепло" даёт нам электроэнергию для питания систем корабля.

Делать электроэнергию из тепла в космосе - противная задача. См. ТЭМ и тп.
Можно, но лучше не надо.
Если уж у нас есть РД на осколках деления, то немного электричества сам бог велел добывать, снимая ее с этих самых осколков.   А тепло просто сбрасывать.

плюс все прелести нейтронного потока как такового. Вернуть нейтроны в активную зону необходимо, но как?

Так, как это делается в абсолютно всех ядерных реакторах - замедлитель-отражатель... Вокруг реактора слой, например, графита.

В "абсолютно всех реакторах" (кроме пожалуй РБН) оно немного не так устроено. Там АЗ фактически состоит собственно из замедлителя. А тут АЗ состоит из аэрогеля... и как этот аэрогель будет выдерживать потоки продуктов?... Ну да ладно. Имхо это какая то странная фантазия пока.

[SONY]

Делать электроэнергию из тепла в космосе - противная задача. См. ТЭМ и тп.
Можно, но лучше не надо.
Если уж у нас есть РД на осколках деления, то немного электричества сам бог велел добывать, снимая ее с этих самых осколков.   А тепло просто сбрасывать.

Единственная серьёзная проблема производства электричества из тепла - это необходимость сбрасывать тепло.
Если уж мы его всё равно сбрасываем, то сам бог велел производить из него электричество.

Там АЗ фактически состоит собственно из замедлителя.

А вокруг неё - замедлитель-отражатель.

как этот аэрогель будет выдерживать потоки продуктов?

Вся суть их идеи в том, что ему не нужно ничего выдерживать, потоки свободно его проходят.
Но мне, конечно, больше нравится концепция с плазменным кристаллом.

[telekast]

Омыть активную эону теплоносителем и его же сбросить в нее же и/или в сопло, чтобы не морочиться с радиаторами километровыми и прочим обвесом. Как раз на сэкономленную массу/обьем набрать хладогента на борт. 

В количествах, равных массе системе охлаждения, он закончится в первые часы полёта.

Поскольку вылетать будут не только осколки деления, но и теплоноситель, то тяга получится выше. Можно либо уменьшить реактор, либо сократить время его работы для достижения некоей скорости, либо увеличить сеорость. При просих равных.
Имху 

[algol5720]

Но мне, конечно, больше нравится концепция с плазменным кристаллом.

Сони если можно скинте ссылку на эту концепсию. Заранее благодарю

[SONY]

Поскольку вылетать будут не только осколки деления, но и теплоноситель, то тяга получится выше. Можно либо уменьшить реактор, либо сократить время его работы для достижения некоей скорости, либо увеличить сеорость. При просих равных.

Мы "сожгли" 1 кг урана-233, получили 82 ТДж энергии, из которых около 5 ГДж выделились в виде мгновенного гамма-излучения и быстрых нейтронов, а потому точно пошли на нагрев двигателя.
Предположим, мы охлаждаем за счёт испарения воды. Её удельная теплота парообразования - 2,3 МДж/кг. Т.е. чтобы забрать тепло от 1 кг урана нужно испарить 2170 кг воды. Наверное можно найти какой-то теплоноситель лучше, но всё рано нам на килограмм урана потребуется порядка тонны теплоносителя.
Если вы планируете сделать стотонный реактор с запасом урана в 50 кг - тут да, испарение теплоносителя и его выброс в космос может работать. Если же на стотонный реактор планируется хоть несколько тонн урана, то теплоносителя придётся взять уже тысячи тонн...

Сони если можно скинте ссылку на эту концепсию. Заранее благодарю

https://www.nasa.gov/pdf/718391main_Werka_2011_PhI_FFRE.pdf

[vlad7308]

Мы "сожгли" 1 кг урана-233, получили 82 ТДж энергии, из которых около 5 ГДж выделились в виде мгновенного гамма-излучения и быстрых нейтронов

Тут что-то не так
5ТДж, а не ГДж

[garg]

з которых около 5 ГДж выделились в виде мгновенного гамма-излучения и быстрых нейтронов, а потому точно пошли на нагрев двигателя.

А вот это с какого перепугу? Ладно еще нейтроны (хотя и они имеют довольно высокую проникающую), но гамма? Они просвистят насквозь и забудут как двигатель звали. Надо прикидывать сколько поглотится и сколько вылетит вовне. И уже от отсюда считать потребности в охлаждении.

[ratcustorb]

Делать электроэнергию из тепла в космосе - противная задача.

А на таких термофотоэлектрических преобразователях не получится?
Правда у них наибольшей КПД при температуре выше температуры плавления урана, зато для сброса лишнего тепла - самое то.

Реактор на жидком уране... 

[vlad7308]

Делать электроэнергию из тепла в космосе - противная задача.

А на таких термофотоэлектрических преобразователях не получится?

Не знаю

[Serge V Iz]

А чего не просто банальная тепловая машина?
Всё равно, материал гораздо быстрее кончится от радиационного распухания, чем износится. )

[vlad7308]

А чего не просто банальная тепловая машина?
Всё равно, материал гораздо быстрее кончится от радиационного распухания, чем износится. )

Именно к "банальным тепловым машинам" относилось это мое замечание выше

Делать электроэнергию из тепла в космосе - противная задача.

В космосе трудно сбрасывать низкопотенциальное тепло, а для работы с высокопотенциальным теплом (с Тх от 2000-3000К) обычные   "банальные тепловые машины" не подходят. Нужны необычные

[Serge V Iz]

...
Именно к "банальным тепловым машинам" относилось это мое замечание выше

Делать электроэнергию из тепла в космосе - противная задача.

А. Но это не совсем так, если посмотреть на степени при члене "температура" в процессах теплообмена теплопроводностью и радиацией?