Ядерный двигатель

[Andrey]

Татарин пишет:
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.

А в чем затык, интересно?
Патенты, если верить  википедии, поданы в 1966г.
Почти 50 лет прошло, а из лабораторий до сих пор не вышло.

[vlad7308]

Татарин пишет:

pkl пишет:

Татарин пишет:


Собссно, почему бы турбогенератору не служить 20 лет? На электростанциях турбины в куда более жёстких условиях работают десятилетиями.

Они обслуживаемые.
А в ТЭМ надо необслуживаемые.
Но в общем на самом деле все не так страшно. В тэм предполагалось 4 независимых турбоагрегата.

[mihalchuk]

Andrey пишет:

Татарин пишет:
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.

А в чем затык, интересно?
Патенты, если верить википедии, поданы в 1966г.
Почти 50 лет прошло, а из лабораторий до сих пор не вышло.

Натрий при таких температурах и в таком состоянии вполне может разъедать мембрану.

[Татарин]

Andrey пишет:

Татарин пишет:
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.

А в чем затык, интересно?
Патенты, если верить википедии, поданы в 1966г.
Почти 50 лет прошло, а из лабораторий до сих пор не вышло.

Стартовые температуры очень уж высокие, работа с натрием в земных условиях (воздух, вода) - не радость, и в конечном итоге КПД ниже, чем у нормальной паровой турбины на сверхкритике.

Касательно тех же реакторов: в Союзе прорабатывали возможность повысить температуру и сделать натриевую/калиевую турбину для БН - обломались потому что это требовало разработку и обоснование соответсвующих сталей, способных работать на высокой температуре в натрии. Для космоса можно сделать ТВЭЛ из монокристаллического молибдена. Для Земли - ну... экономисты не поймут.

(Довольно много интересных технологий проиграли циклу Ренкина на воде просто потому, что под этот цикл заточена промышленность, спецы и есть много наработок.
Оффтопично, но, например, американцы потратили много миллионов и десятки лет на отработку технологий сжигания угля в угольных топливных элементах - прямая конверсия угля в электричество. Сделали огромный прогресс в КПД. Но пар двигался тем временем тоже, и лабораторные угольные ТЭ постоянно лишь _чуть_ опережали турбины по КПД (при том, что новая технология всегда дороже и заморочнее). В итоге Департамент Энергетики просто прикрыл программу и сейчас в Штатах строят "обычные" угольные ТЭЦ на сверхкритике.

[Татарин]

mihalchuk пишет:

Andrey пишет:

Татарин пишет:
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.

А в чем затык, интересно?
Патенты, если верить википедии, поданы в 1966г.
Почти 50 лет прошло, а из лабораторий до сих пор не вышло.

Натрий при таких температурах и в таком состоянии вполне может разъедать мембрану.

? Куда и как "разъедать"?

В качестве матрицы там обычный бета-глинозём, оксид алюминия. "Разъедать" его (для электролиза) научились только соединениями фтора. Очень устойчивая штука.

[vl mich]

а если сделать так
термоионизацию цезия или рубидия, далее в магнитных и электрических полях разделяем плазму, получаем ток, ионы рекомбинируют на холодном электроде, после рекомбинации возвращаются в нагреватель.

[Татарин]

vl mich пишет:
а если сделать так
термоионизацию цезия или рубидия, далее в магнитных и электрических полях разделяем плазму, получаем ток, ионы рекомбинируют на холодном электроде, после рекомбинации возвращаются в нагреватель.

Говорят, реактор даёт 1500К (что для реактора очень дофига). При этой температуре термоионизация никакая даже у рубидия с цезием.

[vl mich]

Татарин пишет:

vl mich пишет:
а если сделать так
термоионизацию цезия или рубидия, далее в магнитных и электрических полях разделяем плазму, получаем ток, ионы рекомбинируют на холодном электроде, после рекомбинации возвращаются в нагреватель.

Говорят, реактор даёт 1500К (что для реактора очень дофига). При этой температуре термоионизация никакая даже у рубидия с цезием.

а какой процент атомов цезия ионизируется при 1500К и какой процент необходим для эффективной работы?

[Татарин]

vl mich пишет: 

Татарин пишет: 

vl mich пишет: 
а если сделать так
термоионизацию цезия или рубидия, далее в магнитных и электрических полях разделяем плазму, получаем ток, ионы рекомбинируют на холодном электроде, после рекомбинации возвращаются в нагреватель.

Говорят, реактор даёт 1500К (что для реактора очень дофига). При этой температуре термоионизация никакая даже у рубидия с цезием.

а какой процент атомов цезия ионизируется при 1500К и какой процент необходим для эффективной работы?

Если верить литературе для МГД меньше ~2000К нет смысла дёргаться. 
НЯП, фишка в том, что основной (хотя не единственный) механизм ионизации - ударная горячими свободными электронами. Это цепная реакция: чем  больше электронов, тем больше электронов (хотя ограниченное вероятностью рекомбинации время жизни электрона/иона в относительно "холодной" плазме не даёт ионизировать всё).

А при малых концентрациях горячих электронов их число ~ exp(T).
Поэтому "под порогом" ловить нечего.


Но в принципе, реактор - особый случай и сам по себе поставщик плазмы (холодной). 1 рентген, как известно из определения, это 1 кулон зарядов в килограмме сухого воздуха. Мощность дозы в АЗ работающего мощного реактора - минимум сотни-тысячи рентген в секунду. Так что ионизация может быть и неравновесной. Судя по тому что МГД-преобразование было одним из направлений Ген-4, идея кажется рабочей не только мне. 
Хотя, судя по тому, что это так и не сделали, сложностей там навалом.



Есть и другой вариант с МГД: простой паровой цикл Ренкина с жидким металлом как рабочим телом. Тогда можно обойтись без турбины и генератора вообще, снимать механическую энергию с того же натрия напрямую. Выкидываем турбину, машинерию, генератор. Никаких движущихся частей...
...только большой гемморой с источником дикой силы электрического тока с малым напряжением и электроникой, которая это дело преобразует.
И, ессно, для сколь-нить приемлимой эффективности нужны очень большие магнитные поля (и, скорее всего, сверхпроводящие магниты).
Зато с другой стороны - опять же, температуры цикла очень подходящие для холодильника. И КПД самого генератора - велик. И надёжность.

[mihalchuk]

Татарин пишет:

mihalchuk пишет:

Andrey пишет:

Татарин пишет:
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.

А в чем затык, интересно?
Патенты, если верить википедии, поданы в 1966г.
Почти 50 лет прошло, а из лабораторий до сих пор не вышло.

Натрий при таких температурах и в таком состоянии вполне может разъедать мембрану.

? Куда и как "разъедать"?

В качестве матрицы там обычный бета-глинозём, оксид алюминия. "Разъедать" его (для электролиза) научились только соединениями фтора. Очень устойчивая штука.

Это моя гипотеза. При больших температурах реакция:
Al2O3+3Na=Al+3Na2O
вовсе не запрещена. Конечно, окись алюминия в кристаллическом виде устойчива, но если речь идёт о месяцах и годах... К тому же, там поверхностные изменения могут всё запортить.

[pkl]

Alex_II пишет:

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?

В контексте нашей беседы куда интереснее, есть ли рабочие образцы и в каком количестве. Сильная сторона термоэмиссионников и термоэлементов в том, что они УЖЕ работали в космосе.

[pkl]

Татарин пишет:
? Типа, в поясе астероидов холодильнику будет легче?  

Я вчера написал и только вечером, ложась спать, понял, какую глупость написал.  Перепад температур между космосом и на выходе из реактора какой?

[pkl]

Татарин пишет:
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.

Но сколько их, сколько их сделали? Есть реальный опыт эксплуатации таких агрегатов?

[pkl]

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

Да вот вчера, размышляя над прочитанным и сказанным, я пришёл к выводу, что самым востребованным агрегатом была бы компактная необслуживаемая ЯЭУ с электрической мощностью 10 - 100 кВт и сроком службы 10 - 15 - 20 лет. Она могла бы снабжать энергией перспективные ИСЗ разведки и связи, межпланетные станции, планетоходы, очень бы пригодилась на лунной базе и, может, для энергоснабжения орбитальных станций. Будем откровенны, область применения мегаваттного ТЭМ куда более узкая: это межорбитальные перевозки. Может, ещё орбитальные лазеры. Для перечисленных мною применений он явно избыточен.

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.

Те турбины, что на электростанциях, в ядерный буксир не поместятся. Турбины ТЭМ по условиям работы и характеристикам ближе к авиадвигателю. А каков ресурс у них?

[pkl]

Alex_II пишет:

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...

Так это... ещё при С.П. Королёве сделали "Ромашку".

Справедливости ради, если в ЯЭУ использовать металлический теплоноситель, перегоняемый МГД-генераторами или тепловые трубы, он тоже будет почти вечным. Именно из-за практического отсутствия подвижных частей.

[vlad7308]

pkl пишет:
Перепад температур между космосом и на выходе из реактора какой?  

а что такое температура космоса?

[pkl]

Татарин пишет:
...Есть и другой вариант с МГД: простой паровой цикл Ренкина с жидким металлом как рабочим телом. Тогда можно обойтись без турбины и генератора вообще, снимать механическую энергию с того же натрия напрямую. Выкидываем турбину, машинерию, генератор. Никаких движущихся частей...
...только большой гемморой с источником дикой силы электрического тока с малым напряжением и электроникой, которая это дело преобразует.  
И, ессно, для сколь-нить приемлимой эффективности нужны очень большие магнитные поля (и, скорее всего, сверхпроводящие магниты).
Зато с другой стороны - опять же, температуры цикла очень подходящие для холодильника. И КПД самого генератора - велик. И надёжность.

Да, пожалуй, так и надо было делать. Потому что турбогенераторы... не знаю, как они прослужат больше пяти лет.

[vlad7308]

pkl пишет:
Именно из-за практического отсутствия подвижных частей.

в механике изнашиваются не движущиеся части, а трущиеся части

[pkl]

vlad7308 пишет:

pkl пишет:
Перепад температур между космосом и на выходе из реактора какой?    

а что такое температура космоса?

Не знаю. Я так понимаю, речь идёт о температуре тел в космосе на таком то расстоянии от Солнца

vlad7308 пишет:

pkl пишет:
Именно из-за практического отсутствия подвижных частей.

в механике изнашиваются не движущиеся части, а трущиеся части

В нашем случае это одно и то же.

[Виктор Зотов]

pkl пишет:

Alex_II пишет:

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...

Так это... ещё при С.П. Королёве сделали "Ромашку".

Справедливости ради, если в ЯЭУ использовать металлический теплоноситель, перегоняемый МГД-генераторами или тепловые трубы, он тоже будет почти вечным. Именно из-за практического отсутствия подвижных частей.

Ради справедливости надо сказать, что  не все подвижные части ненадёжны. Живой пример- компрессор холодильника. Как правило работают десятки лет.