Ядерный двигатель

[Татарин]

Zveruga пишет:

mihalchuk пишет:
Ну да, производство электричества в состоянии термодинамического равновесия.

Для вечного двигателя необходимо КПД 100%. Где и кто про эти 100% прочитал непонятно.

Это для вечного двигателя первого рода. ВД-1 нарушает первое начало ТД - закон сохранения энергии.

Тут люди заподозрили ВД-2 (по некоторым фразочкам - вполне, да .
ВД-2 нарушает второе начало ТД - закон неубывания энтропии. Это менее очевидный закон природы, и в школе о нём только мельком поминают, но он точно так же - фундаментальный.

Невозможен процесс, единственным результатом которого будет превращение тепла в механическую работу. Или, иначе: нельзя воспользоваться энергией тепла для получения механической работы, если нет сброса тепла на некий холодильник при меньшей температуре. Или, иначе, ещё жёстче: невозможно превращение тепла в работу с КПД бОльшим, чем у цикла Карно.

[Александр Бойков]

Татарин пишет:
Или, иначе, ещё жёстче: невозможно превращение тепла в работу с КПД бОльшим, чем у цикла Карно.

Т.е. , чтобы поднять кпд тепловой машины нужно увеличивать разность температур

[pkl]

Zveruga пишет:

pkl пишет:
Так все термоэмиссионные преобразователи с парами цезия. Разве нет?

В термоэмиссионных космических ядерных реакторах производимых в СССР, наверное да. Но Татарин имеет ввиду физический процесс. В кинескопе электронный луч рисует изображение без паров цезия.

Насколько я знаю, без цезия термоэмиссионные преобразователи крайне неэффективны.

[pkl]

Zveruga пишет:
Мне кажется, что идеальным будет вариант термоэмиссии в реакторе и термоэлектричества в холодильнике (гибрид). Так мы выжмем максимальный КПД при минимуме механизмов. Только от цезия надо как-то избавиться. Этот расходник ограничивает срок службы.

Тоже об этом сейчас думаю. Рано нам пока связываться с машинным преобразованием. У БЭС-5 КПД 3%. Если сбудутся обещания про 10 - 14, то получится в гибриде 13 - 17. Хреново, конечно, но что поделаешь - турбины нам пока не по зубам. :oops:

[Старый]

pkl пишет: Хреново, конечно, но что поделаешь - турбины нам пока не по зубам.  :oops:

Нам вся эта затея не по зубам.

[Andrey]

Татарин пишет: 
Так а масса жёстко завязана на КПД.

Масса еще завязана на температуру холодильника.
Поэтому удельная мощность в зависимости от температуры холодильника имеет максимум.

Татарин пишет: 

Главное, конечно, "альфа" - удельная мощность, кВт/кг. Если ядерный реактор по этому параметру приближается к СБ, то он просто вообще никому не нужен.

Возле Солнца конечно.
Но вообще можно придумать, например, полет к Плутону с выходом на орбиту вокруг него.
Или, еще лучше, полеты за Плутон.
К объектам пояса Койпера.
Там ядерный реактор, даже с показателями как у СБ, вполне может найти применение.

[Татарин]

Старый пишет:

pkl пишет: Хреново, конечно, но что поделаешь - турбины нам пока не по зубам.  :oops:  

Нам вся эта затея не по зубам.

Тебя - главного физика страны - не спросили.

С реактором и вообще "ядерной частью" всё хорошо. Сделали.
Проблемы с преобразователем.

[pkl]

Татарин пишет:

pkl пишет:
Думаю, для нас сейчас важно сделать хоть какую-то ЯЭДУ. Я же говорил, что начинать надо ИСЗ связи и радиолокации, а также АМС.

Нафига нам "какая-то"? Какая-то уже была. Теперь желательно сделать полезную.
Ни радиолокация, ни тем более связь ядерного реактора сейчас не требуют, а придумывать потом задачу под решение - это даже хуже чем честно сказать "мы тут ненужной фигнёй развлекаемся".

Потом уже доводить. Если сразу замахиваться на "звездолёт", есть немалый риск оконфузиться.

НЯЗ, уже оконфузились: нормальное машинное преобразование не потянули. Значит, надо подтягиваться и тянуть. И никакие "промежуточные" решения тут не помогут, потому что с ядерной частью всё в порядке - ядерщики свою работу сделали, "машинисты" подвели.

Нам необходим РЕАЛЬНЫЙ опыт создания и эксплуатации ЯЭДУ в условиях космоса. Какие-то вопросы можно будет решить только по данным, собранным в условиях реального полёта.

[Татарин]

Есть ещё один "безмашинный" способ, хорошо подходящий под ТЗ. Правда, на советский опыт опираться не выйдет - относительно поздняя затея.

АМТЕС - способ генерации электричества на изменении электрохимического потенциала натрия.
В двух словах: натрий греется и кипит, пар идёт на керамическую мембрану, при вхождении в керамическую матрицу атом натрия отдаёт электрон, проходит через матрицу, и на выходе из матрицы в жидкую фазу забирает электрон при меньшем потенциале.

КПД - до 20-30%, при очень "космических" рабочих температурах - высокая 1200-2000К (у спроектированного реактора на выходе газа из АЗ - 1500К) и низкая 900-1000К (очень даже хорошо для компактного холодильника). 
Промышленных установок достаточной мощности нет, только лабораторные у американцев (которые их делали тоже для космоса).

[pkl]

Старый пишет:

pkl пишет: Хреново, конечно, но что поделаешь - турбины нам пока не по зубам.  :oops:  

Нам вся эта затея не по зубам.

На вся эта затея по зубам - надо просто ставить посильные задачи и делать нормально. Проблема с ТЭМ не в том, что он, типа, химера и т.п., а в том, что его создатели захотели прыгнуть выше головы и сразу поставили себе цель, видимо, недостижимую при сегодняшнем уровне науки и техники.

[pkl]

Татарин пишет:
Есть ещё один "безмашинный" способ, хорошо подходящий под ТЗ. Правда, на советский опыт опираться не выйдет - относительно поздняя затея.

АМТЕС - способ генерации электричества на изменении электрохимического потенциала натрия.
В двух словах: натрий греется и кипит, пар идёт на керамическую мембрану, при вхождении в керамическую матрицу атом натрия отдаёт электрон, проходит через матрицу, и на выходе из матрицы в жидкую фазу забирает электрон при меньшем потенциале.

КПД - до 20-30%, при очень "космических" рабочих температурах - высокая 1200-2000К (у спроектированного реактора на выходе газа из АЗ - 1500К) и низкая 900-1000К (очень даже хорошо для компактного холодильника).
Промышленных установок достаточной мощности нет, только лабораторные у американцев (которые их делали тоже для космоса).

Уй-ё!  А хоть какие-то рабочие образцы, работающие на этом принципе, есть?

Сейчас посмотрел про термоэлементы - КПД у них до 10%. Так что, при использоваии комбинированных, термоэмиссионных + термоэлектрических преобразователей на выходе можно 20 - 24% КПД получить.

[Татарин]

Нам необходим РЕАЛЬНЫЙ опыт создания и эксплуатации ЯЭДУ в условиях космоса. Какие-то вопросы можно будет решить только по данным, собранным в условиях реального полёта.

У нас он есть.
И я не понимаю, какие "какие-то" вопросы с которыми сейчас затык, можно будет решить "только по реальным данным".

Затык сейчас - с машинным преобразованием. Как этому поможет изготовление и эксплуатация реактора с термоэмиссионником?

[Татарин]

Уй-ё!    А хоть какие-то рабочие образцы, работающие на этом принципе, есть?

Сейчас посмотрел про термоэлементы - КПД у них до 10%. Так что, при использоваии комбинированных, термоэмиссионных + термоэлектрических преобразователей на выходе можно 20 - 24% КПД получить.

Я ж говорю - есть.

ТЭГ с 10% КПД? Забудьте. Там сбросное тепло - "некосмическое", слишком холодный должен быть холодильник (следовательно - слишком велика должна быть его площадь).

[pkl]

Татарин пишет:

Нам необходим РЕАЛЬНЫЙ опыт создания и эксплуатации ЯЭДУ в условиях космоса. Какие-то вопросы можно будет решить только по данным, собранным в условиях реального полёта.

У нас он есть.
И я не понимаю, какие "какие-то" вопросы с которыми сейчас затык, можно будет решить "только по реальным данным".

Затык сейчас - с машинным преобразованием. Как этому поможет изготовление и эксплуатация реактора с термоэмиссионником?

Со сроком службы тоже. Меня всегда смущал срок службы турбогенератора. Что-то сомневаюсь я, что он будет больше пяти лет, даже если у создателей ТЭМ получится задуманное. Имхо, комбинация термоэмиссионного преобразования с термоэлектрическим - единственная возможность создать агрегат со сроком службы 15 - 20 лет.

[pkl]

Татарин пишет:
ТЭГ с 10% КПД?    Забудьте. Там сбросное тепло - "некосмическое", слишком холодный должен быть холодильник (следовательно - слишком велика должна быть его площадь).

А если в пояс астероидов и дальше?

[Alex_II]

pkl пишет:
Сейчас посмотрел про термоэлементы - КПД у них до 10%. Так что, при использовании комбинированных, термоэмиссионных + термоэлектрических преобразователей на выходе можно 20 - 24% КПД получить.                            

Хорошее слово "до". Дай боги, если удастся 15% выжать...

pkl пишет:
Имхо, комбинация термоэмиссионного преобразования с термоэлектрическим - единственная возможность создать агрегат со сроком службы 15 - 20 лет.

Ну, пока что это не удавалось тоже. Реальный срок на живом реакторе в космосе - 11 месяцев... А вот на агрегат на парах натрия - я бы посмотрел... Сколько интересно способна прослужить такая система?

[Татарин]

pkl пишет:

Татарин пишет:
ТЭГ с 10% КПД?    Забудьте. Там сбросное тепло - "некосмическое", слишком холодный должен быть холодильник (следовательно - слишком велика должна быть его площадь).

А если в пояс астероидов и дальше?  

? Типа, в поясе астероидов холодильнику будет легче?

[Татарин]

Ну, пока что это не удавалось тоже. Реальный срок на живом реакторе в космосе - 11 месяцев... А вот на агрегат на парах натрия - я бы посмотрел... Сколько интересно способна прослужить такая система?

Одно из преимуществ АМТЕС, что срок службы (при постоянной нагрузке) почти не ограничен: нет ни трения, ни движущихся частей, ни деградации матрицы из-за диффузии (нечему диффундировать) как у ТЭГ... вообще почти никаких процессов старения. 
АМТЕС - (почти) вечен.

При переменной нагрузке термоциклирование, конечно, сколько-то будет мучить керамику и всё остальное - циклы расширения сжатия. 
Наверное, сколько-то будут портить среду продукты деления из реактора, просачивающиеся из ТВЭЛ при высоких температурах, но оценить это невозможно.

Но скорее всего ограничителем будет тупо реактор и его запас топлива.

[Татарин]

pkl пишет:

Татарин пишет:

Нам необходим РЕАЛЬНЫЙ опыт создания и эксплуатации ЯЭДУ в условиях космоса. Какие-то вопросы можно будет решить только по данным, собранным в условиях реального полёта.

У нас он есть.
И я не понимаю, какие "какие-то" вопросы с которыми сейчас затык, можно будет решить "только по реальным данным".

Затык сейчас - с машинным преобразованием. Как этому поможет изготовление и эксплуатация реактора с термоэмиссионником?

Со сроком службы тоже. Меня всегда смущал срок службы турбогенератора. Что-то сомневаюсь я, что он будет больше пяти лет, даже если у создателей ТЭМ получится задуманное. Имхо, комбинация термоэмиссионного преобразования с термоэлектрическим - единственная возможность создать агрегат со сроком службы 15 - 20 лет.

Лучше аппарат, с полезной службой в 5 лет, чем ненужный аппарат со сроком службы 20.

Собссно, почему бы турбогенератору не служить 20 лет? На электростанциях турбины в куда более жёстких условиях работают десятилетиями. Тут же очень щадящие температуры, нет гравитации (сответсвенно, меньше силы на подшипники). 
Другое дело, что турбину нужно сначала сделать.

[Alex_II]

Татарин пишет:
скорее всего ограничителем будет тупо реактор и его запас топлива.

Это хорошо... Сделать капсулированный реактор с запасом лет на 20... Ну и для последующей работы - РИТЭГ, который будет жить на отходах жизнедеятельности реактора - думаю свои 100 ватт он еще долго сможет получать... Для дальних АМС получится шикарно...