Ядерный двигатель

[Татарин]

Harsky пишет:

Татарин пишет:
МГД живучи.

А не наоборот, часом? Вроде бы там высокие температуры, большие скорости рабочего тела, а если оно не инертно, то химической стойкости устройству это не добавит.

Про "вентилируемые" ТВС для космического реактора я тоже думал. Вместо борьбы с распуханием - пусть газят продуктами распада, прочнее будут. Но наверняка есть и минусы такого решения: изменяющийся химический состав и, как следствие, физические свойства у теплоносителя. Ну и продукты деления, вступающие в хим реакцию с деталями реактора и ТВС, тоже ничего хорошего, кмк

Рабочее тело не обязано быть инертным. Оно обязано быть химически совместимым, а это совсем другой разговор: сложно назвать цезий химически инертным, но есть куча материалов, с которыми его контакт совершенно безопасен даже при очень высоких температурах.
Одна из привлекательных фишек МГД - возможность обустроить съём энергии непосредственно в реакторе Если спрофилировать каналы в реакторе как тепловое сопло (то есть, нагрев рабочего тела в реакторе при изотерме за счёт расширения рабочего тела), замагнитить объём и обустроить токосъём.
По контакту с рабочим телом (при температурах, давлениях скоростях и прочем) топливо удовлетворяет все требования по определению (и так, и этак оно обязано контактировать с рабочим телом в этих условиях). Но. Весь объём сопла (и МГД-генератора, соответственно) у нас находится в условиях сверхионизированной плазмы.
Мощность дозы ИИ в рабочем теле, идущего внутри реактора - по порядку мегакулоны в секунду-сотни мегакулон, что даже в худшем случае на порядки выше скорости чисто термической ударной ионизации для цезия. Соотвественно же выше процент ионизации, соответсвенно - удельная плотность зарядов и удельная мощность МГД-генератора в том же магнитном поле.

Но и это не все фишки.  
Нагрев газа при изотерме термодинамически наиболее эффективен, это даст ещё проценты КПД сверху. К сожалению, охлаждение по изотерме не обустроить, иначе можно было б думать о приближении к Карно.    Но и так неплохо.

...

На килограмм продуктов деления придётся около 2500МВт*суток, если я нигде не обсчитался.

У нас мегаватт в электричестве, допустим, это 5 в тепле. При непрерывной работе 5 лет на полной мощности мы наработаем ~12500МВт*суток(т) и получим 5 килограмм продуктов деления, из которых летучих (при реакторных температурах) будет порядка сотен грамм. Не выглядит большой бедой.

Даже при таком большом выгорании.


...

Реактор/РИТЭГ с МГД-генерацией в интенсивно облучаемом объёме теплового сопла (или с радиоактивынм рабочим телом) - одна из моих идей фикс. И все цифры тут за меня.    Это была бы офигительная машина.  

[Татарин]

Татарин пишет:
 Реактор/РИТЭГ с МГД-генерацией в интенсивно облучаемом объёме теплового сопла (или с радиоактивынм рабочим телом) - одна из моих идей фикс. И все цифры тут за меня.    Это была бы офигительная машина.  

Да, хочу заметить, что ранее в возможности такой машины были сомнения - ибо требуюется большое магнитное поле непосредственно в реакторе и ВТСП-магниты вокруг самой АЗ. Нейтроны, гамма - мерзкое дело, а ещё тепловой поток из реактора в ВТСП.

Но товарищи, занимающиеся термоядом, обосновали работу их магнитов (куда более навороченных) в куда более жёстких условиях - и нейтронов больше, и доза больше, и поля нужны больше, и т.п. Эта проблема попросту отпадает.
А экранно-вакуумная теплоизоляция (космос, однако) снимает проблемы с теплопотоком.

[Alexey K.]

Ещё б при этом интересно было бы  сделать поверхность твэлов эмиссионно активной, в целях насыщения цезиевой плазмы (для примера возьмём цезий за самый низкий порог ионизации) дополнительными электронами термоэмиссии, если, конечно, это даст какой-нибудь вклад в повышении кпд мгд генерации.

[Татарин]

Alexey K. пишет:
Ещё б при этом интересно было бы сделать поверхность твэлов эмиссионно активной, в целях насыщения цезиевой плазмы (для примера возьмём цезий за самый низкий порог ионизации) дополнительными электронами термоэмиссии, если, конечно, это даст какой-нибудь вклад в повышении кпд мгд генерации.

В реакторе это уже не имеет никакого значения. В общем-то степень ионизации газа в реакторе определяется почти полностью скоростью рекомбинации.

[Harsky]

Татарин пишет: Это была бы офигительная машина.  

Звучит, надо признать, как хорошая пестня
Осталось понять - чего такая идея разработчикам не приглянулась?

[Имxотеп]

Татарин пишет:

Удельная мощность МГД-генераторов очень высока и выше, чем у системы турбина+генератор.
МГД безразличны к вибрациям и перегрузкам при выводе. МГД живучи.

Есть два вида МГД-генераторов: теоретические и практически реализованные. Первые действительно отличаются высочайшими удельными характеристиками, даже в самых простейших схемах - достаточно почитать публикации на эту тему. Со вторыми как-то все похуже. Вот казалось бы, банальная  вещь - МГД-генератор замкнутого цикла на аргоне с присадками цезия. Японцы начали делать его еще в 80х годах и по пути решили немало сложных технических задач. Они продемонстрировали преимущества наиболее оптимальной конфигурации - дисковой, они внедрили уникальный режим с неравновесной ионизацией, обеспечивающей необычайно большую электропроводность среды при умеренных температурах, они победили многочисленные МГД и плазменные заморочки, поставили сверхпроводящие магниты и прочее – все ключевые элементы были реализованы на весьма высоком уровне, все предпосылки успеха были налицо. И что в итоге? В 2006-2007 годах продемонстрирован характерный кпд в 10-15%, в специальных импульсных режимах - 20%. Всего лишь.

Все это заставляет с крайней осторожностью относиться к менее мэйнстримным концепциям – а их великое множество. МГД-генераторы на более экзотических средах, импульсные, с Т-слоем, вы вот еще свой придумали. МГД-генератор, как идея, не является чем-то сложным, совсем наоборот. Но весь полувековой опыт говорит, что эффективная реализация этой идеи оказывается чрезвычайно непростым делом, кто бы что не думал. И поэтому МГД-генераторов, готовых эффективно работать на земле или в космосе, сейчас нет. И в ближайшие лет 10-15 не появится.

[Татарин]

Со вторыми как-то все похуже. Вот казалось бы, банальная вещь - МГД-генератор замкнутого цикла на аргоне с присадками цезия. 

Проблемы МГД общеизвестны.
По большому счёту, главные сводятся к недостаточной ионизации и - вследствие - требованию высоких температур (со всеми вытекающими уже отсюда замороками), малой удельной мощности, требованию высоких магнитных полей (и вытекающими отсюда), и т.д., и т.п.

Всё это очень занимательно, но в нашей технике есть одна среда, в которой сверхвысокая ионизация газов сочетается с очень умеренными температурами. Это активная зона работающего мощного реактора.

Попытки достичь даже не сравнимой (это смешно) ионизации, а хотя бы на порядок меньшей в какой-либо другой технике требуют высоких температур и кучи технических заморочек.
Соотвественно - цены, низкого КПД и т.п.

Поэтому таки есть причины относиться к любому другому опыту с МГД с некоторой долей иронии и спепсиса.
Опять же, предыдущая волна интереса к МГД (70-80-е) шла на совершенно другом технологическом уровне. Не было (совсем не было) ВТСП и, соответсвенно, мощных постоянных магнитов, они появились лишь в 90-е, да и то - как промышленная технология скорее в середине-конце. Не было эффективной техники для работы со сверхбольшими токами вообще (откуда следовали требования высоких для МГД напряжений и заморочки/компромиссы из этого). Хотя это уже и мелочи на фоне главного.

[Harsky]

Татарин пишет:
в нашей технике есть одна среда, в которой сверхвысокая ионизация газов сочетается с очень умеренными температурами. Это активная зона работающего мощного реактора

Тогда почему бы не сделать еще один шаг - добавление ускоряющего поля к ионизированному таким образом газу. Получаем многорежимный реактор. В генераторном режиме работает на нагрузку в виде МГД, в двигательном - на генерацию ионизированного газа, который является рабочим телом. Отдельный вопрос по запитке ускоряющих электродов, но поток ионизированного газа можно делить - часть на МГД, другую часть на рабочее тело ионного двигателя.

Определенно, кое-какая экономия должна быть, по сравнению с выполнением того же самого, но через "дорогое" электричество

[pkl]

Кубик пишет:

pkl пишет: А нельзя в нашем случае турбину и ротор генератора разместить в одном
гермообъёме?

Если бы..Только проблему долговечеости подшипников - в частности, утечки смазки, это полностью не решит, и конечно, создать ротор, работающий при такой температуре - задача трудно даже представимая..Фантастический выход - изобретение (сверх?)проводников для такой жары, благо постоянных магнитов и вовсе не вообразить, либо добиваться тогда расширения газа в турбине до более приемлемых температур - сами понимаете..Эх, были бы какие-то простые способы передачи вращения через стенку - разве что насос - и вторая турбина на более холодном носителе, крутяшая генератор..  :oops:

Ну а газовые подшипники?

[pkl]

Alex_II пишет:

pkl пишет:
У меня такое ощущение, что на Западе /и в США, в частности/ взяли курс на свёртывание ядерных технологий вообще. В пользу химии и Солнца. К чему это приведёт - на знаю.

Не читайте на ночь советских газет российских интернетов - не будет складываться ложных впечатлений... Просто поклонники "зеленых" технологий очень уж крикливы и назойливы... И создается впечатление что только они и существуют. Но это не так...

А что там НЕ ТАК, не просветите? Какие ядерные технологии у них сейчас развиваются? Сколько новых энергоблоков введено в строй?

[Татарин]

pkl пишет:

Alex_II пишет:

pkl пишет:
У меня такое ощущение, что на Западе /и в США, в частности/ взяли курс на свёртывание ядерных технологий вообще. В пользу химии и Солнца. К чему это приведёт - на знаю.

Не читайте на ночь советских газет российских интернетов - не будет складываться ложных впечатлений... Просто поклонники "зеленых" технологий очень уж крикливы и назойливы... И создается впечатление что только они и существуют. Но это не так...

А что там НЕ ТАК, не просветите? Какие ядерные технологии у них сейчас развиваются? Сколько новых энергоблоков введено в строй?

В общем-то - все. Штаты - ведущая страна в GEN-4. Ну и что касается термояда у них весь спектр, причём, в большинстве направлений они опять же впереди.

А строится у них - мало, это да. На этот момент - один энергоблок.
Но я напомню, что "Вестингауз" ещё и строит на экспорт. В Китае, например.

[pkl]

dj-chis пишет:

А нельзя в нашем случае турбину и ротор генератора разместить в одном гермообъёме?

А зачем?
В насос в химпромышленности давно используется магнитный привод крыльчатки (ротора, рабочего колеса) от ЭД.
Так что ничего не мешает применить этот принцип с точностью до наоборот - от ротора турбины на генератор.
   
Остается только разработать действительно не обслуживаемый подшипниковый узел и вуаля.

Я тоже думал насчёт магнитной передачи от турбины к генератору. Но меня беспокоит вопрос, не потеряет ли магнитные свойства ротор турбины? Он же горячий! Какова максимальная точка Кюри у современных магнитов? У кобальта самая высокая - 1388 К. По-моему, на грани.

На мой взгляд, это куда проще, газовые подшипники.

[Алексей Любопытный]

pkl пишет:
А что там НЕ ТАК, не просветите? Какие ядерные технологии у них сейчас развиваются? Сколько новых энергоблоков введено в строй?

Тут скорее дело в том, что развитие и эксплуатация ядерных технологий на западе остановилась. И две из основных причин этого недостаток топлива и нерешённый вопрос ядерных отходов.

Альтернативная энергия, это можно сказать, всё что осталось. Для запада.

Технологии переработки ядерных отходов, их повторного использования, Россия создавала с помощью западной программы сокращения оружейного плутония. ГТ-МГР был оплачен США. Проекты повторного использования ядерных отходов в качестве топлива также финансировались США. Но создавались эти проекты под уничтожение плутония. Кто бы мог подумать, что они дадут такой неожиданный эффект?


Есть договор между Россией и США по ликвидации оружейного плутония. Мы этот договор выполнили разработав новую технологию. США, по прошествии 10 лет, ничего не сделали. Посчитали и прослезились. Сели за стол переговоров и сказали россиянам, а давайте мы свой плутоний просто закопаем, в пустыне.

[Татарин]

Harsky пишет:

Татарин пишет:
в нашей технике есть одна среда, в которой сверхвысокая ионизация газов сочетается с очень умеренными температурами. Это активная зона работающего мощного реактора

Тогда почему бы не сделать еще один шаг - добавление ускоряющего поля к ионизированному таким образом газу. Получаем многорежимный реактор. В генераторном режиме работает на нагрузку в виде МГД, в двигательном - на генерацию ионизированного газа, который является рабочим телом. Отдельный вопрос по запитке ускоряющих электродов, но поток ионизированного газа можно делить - часть на МГД, другую часть на рабочее тело ионного двигателя.

Определенно, кое-какая экономия должна быть, по сравнению с выполнением того же самого, но через "дорогое" электричество

В электрическом разряде, как и в ядерном реакторе можно достичь любой, вплоть до 100% ионизации.

А электрический разряд мы умеем создавать легко и просто, было бы электричество. ИМХО, нет смысла лишний раз  усложнять реактор. Он и так сложный.

[pkl]

Татарин пишет:
Угу. Но с моей диванной точки зрения это жуткая ошибка и инерция мышления у разработчиков. Для космического реактора нужен именно МГД.
У МГД проблемы с ионизацией рабочего тела. Но у нас - РЕАКТОР. Который может давать температуру, ограниченную лишь жаропрочностью ТВЭЛов, который сам по себе мощнейший источник ионизирующего излучения, и который может работать с любым рабочим телом, хоть 100% рубидия заливай...

А я всё равно считаю, что надо было или с термоэмиссионным, или с термоэлектрическим преобразователем делать. Делали бы так - ТЭМ, быть может, давно бы летал.

[Алексей Любопытный]

Мне нравится идея Татарина.

Разговор в теме идёт в нужном русле.

[Алексей Любопытный]

Только мне непонятно, почему вы, уважаемый Татарин, предлагаете делать магнитное поле вокруг самого реактора. Я в детали не стал вдаваться. Почему это поле нельзя создать в сопле, после реактора? Ионизация быстро сходит на нет?

[Harsky]

Татарин пишет: В электрическом разряде, как и в ядерном реакторе можно достичь любой, вплоть до 100% ионизации.
А электрический разряд мы умеем создавать легко и просто, было бы электричество. ИМХО, нет смысла лишний раз усложнять реактор. Он и так сложный.

Верно. Я просто не знаю, какая доля энергии уходит в современных ионных двигателях на ионизацию. Исхожу из того, что с ксеноном все как с писаной торбой носятся - значит доля эта велика. Электричество у нас дорогое (КПД 25-30% у турбогенератора, насчет МГД не знаю), а ионизация в реакторе - дармовая.
Не думаю, что особым усложнением реактора будет организация дополнительного канала для рабочего тела двигателя. Но если энергетическая выгода копеечная, то простота конечно важнее

[Алексей Любопытный]

pkl пишет:

Татарин пишет:
Угу. Но с моей диванной точки зрения это жуткая ошибка и инерция мышления у разработчиков. Для космического реактора нужен именно МГД.
У МГД проблемы с ионизацией рабочего тела. Но у нас - РЕАКТОР. Который может давать температуру, ограниченную лишь жаропрочностью ТВЭЛов, который сам по себе мощнейший источник ионизирующего излучения, и который может работать с любым рабочим телом, хоть 100% рубидия заливай...

А я всё равно считаю, что надо было или с термоэмиссионным, или с термоэлектрическим преобразователем делать. Делали бы так - ТЭМ, быть может, давно бы летал.

Термоэлектрика эффективна на слабых тепловых потоках. Термоэмиссия на больших. МГД на очень больших.

С технической точки зрения самое сложное в МГД преобразовании это магнитное поле. Запасы жидкого азота в космосе не безграничны.

Как же человечеству не хватает сверхпроводников комнатной температуры.

[Harsky]

Zveruga пишет:

Мне нравится идея Татарина.

Разговор в теме идёт в нужном русле.

Мне тоже, получается концептуально простая и чистая конструкция. Как реактор с термоэмиссией, только лучше