Ядерный двигатель

[pkl]

Myth пишет:

Zveruga пишет:
Зачем им его покупать, если мы его в 1992 году им сами привезли, работающий.

Ну нельзя ж было прям его на АМС воткнуть. А свой разработать совершенно не по силам...

Может, и по силам, но за такие деньги, что никто не берётся. См. выше про ценообразование.

[vlad7308]

pkl пишет:
Он пишет мало. Зато всегда очень умные мысли.

а это потому, что он настоящий
как Дед Мороз, только физик-ядерщик

может он даже и прав насчет МГД на космическом реакторе
их (МГД) 60-летняя история нифига не впечатляет - сплошные проблемы и разочарования.
но возможно на космической ЯЭУ все по другому

[pkl]

Честно говоря, мне его затея с МГД как то не очень. Именно по причине, описанной Вами выше. Куда интереснее его идея с атомной лампой /это когда раскаленный реактор освещает фотоэлементы, кпд которых уже за 40%!/.

[Harsky]

pkl пишет:
это когда раскаленный реактор освещает фотоэлементы, кпд которых уже за 40%

Как долго проживут эти фотоэлементы в облипочку с реактором?

[Татарин]

vlad7308 пишет:

pkl пишет:
Он пишет мало. Зато всегда очень умные мысли.

а это потому, что он настоящий  
как Дед Мороз, только физик-ядерщик

Спасибо за комплимент, но я не ядерщик. И уже даже не физик (в том смысле, что зарабатываю на хлеб иначе).

[Harsky]

Татарин пишет:
Спасибо за комплимент, но я не ядерщик. И уже даже не физик (в том смысле, что зарабатываю на хлеб иначе).

Сейчас еще выяснится что и Деда Мороза не существует... 

PS: глянь в личку

[Татарин]

Harsky пишет:

pkl пишет:
это когда раскаленный реактор освещает фотоэлементы, кпд которых уже за 40%

Как долго проживут эти фотоэлементы в облипочку с реактором?

А не надо им жить в облипочку с реактором. Есть зеркала.
В оптическом диапазоне они отражают. А вот нейтроны и гамма - проходят сквозь. Конечно, зеркала при высоких дозах и с.н.а. тоже деградируют, но вовсе не с той скоростью, и это не столь критично, как может показаться.

Что касается КПД - он тут несколько иной, чем с солнцем. Потому что спектром солнца мы управлять не можем. А вот спектром реактора (или неуправляемого РИТВЭЛа) - ещё как, нужно лишь селективное покрытие и брегговские фильтры, заточеные на оптимальную длину волны. Пропускаем правильную длину волны, отражаем обратно негодное.

Собссно, низкий КПД СБ обусловлен в первую очередь именно тем, что максимальный КПД у них для кванта чуть бОльшего, чем ширина запрещённой зоны полупроводника. А спектр солнца - очень широкий, из чего и следует, что 70-80% входящей мощности света мы теряем на "лишнем" превышении энергии света над шириной ЗЗ, а 20-30% мы просто не можем взять, потому что квант меньше, чем переход зона-зона, и ПП прозрачен для этого света. Увеличиваем ширину зоны (аморфный кремний, скажем) - эффективно кушаем синий свет, но напрочь теряем часть часть красного и ИК. Уменьшаем ширину зоны - жрём всё, но всё жрём фигово.

Вот и приходится извращаться - гетероструктуры, несколько слоёв полупроводника с разной шириной ЗЗ (сначала эффективно съедаем самый синий, затем то, что краснее), и т.п. Под лазером на оптимальной длине волны (около микрона) у того же самого обычного однопереходного кремния-монокристалла, у которого под солнцем 20%, КПД под 90%.

С искусственным источником всё несколько попроще. Ессно, как ни крутись с селективным покрытием и фотонными кристаллами, 100% излучения на правильной длине волны не выведешь, это всё-таки тепловое излучение, а не лазер. Но процентов на 70-80% итогового КПД рассчитывать можно. 

Для ближнего космоса, правда, это бессмысленно. Сбросное тепло будет при низкой температуре (при высокой СБ потеряют КПД и будет деградировать быстрее), следовательно, опять же, нужны большие площади (всего в несколько раз меньше, чем для просто СБ). А раз так - то выгоднее концентрация солнечного света зеркалами на СБ, чем реактор. 
Опять же, плотность мощности, которую можно снять в оптике - невелика: сигма*Т^4, при 3000К у реактора или куска плутония-238 с поверхности излучается максимум ~100кВт/м2, и это ещё до всех фильтров, которые пропустят в лучшем случае 1/10 от исходного. При 4000К (углерод ещё как-то выдержит) выходит в 2.5 раза больше, но тоже не фонтан. Можно пытаться накачивать люминофор каким-нить бета-изотопом (например, сульфид стронция-90 легировать эрбием, и получить мощнейшую ядерную ИК-лампочку, в аккурат под оптимум кремния), но это решит не все проблемы, и решит лишь частично.
В общем, радио(термо)фотовольтаика - если её вообще рассматривать - больше подходит для очень дальних миссий и сравнительно малых мощностей.

[Harsky]

Татарин пишет:
Опять же, плотность мощности, которую можно снять в оптике - невелика: сигма*Т^4, при 3000К у реактора или куска плутония-238 с поверхности излучается максимум ~100кВт/м2, и это ещё до всех фильтров, которые пропустят в лучшем случае 1/10 от исходного. При 4000К (углерод ещё как-то выдержит) выходит в 2.5 раза больше, но тоже не фонтан.

Как-то всё это... странно выглядит. Опять же, нейтронов и гамму жалко, а значит будет нечто из двух ступеней, вторая из которых - утилизация нейтронов через тепло (терять же жалко). А значит - нафига всё это, если можно всё через тепло завернуть, и дальше по накатанной схеме (турбогенератор, МГД, термоэмиссия)

UPD: Вот если бы заставить выступать активную зону реактора в качестве лампы накачки для лазера нужной частоты - было бы здорово

[Татарин]

Harsky пишет:

Татарин пишет:
Опять же, плотность мощности, которую можно снять в оптике - невелика: сигма*Т^4, при 3000К у реактора или куска плутония-238 с поверхности излучается максимум ~100кВт/м2, и это ещё до всех фильтров, которые пропустят в лучшем случае 1/10 от исходного. При 4000К (углерод ещё как-то выдержит) выходит в 2.5 раза больше, но тоже не фонтан.

Как-то всё это... странно выглядит. Опять же, нейтронов и гамму жалко, а значит будет нечто из двух ступеней, вторая из которых - утилизация нейтронов через тепло (терять же жалко). А значит - нафига всё это, если можно всё через тепло завернуть, и дальше по накатанной схеме (турбогенератор, МГД, термоэмиссия)

UPD: Вот если бы заставить выступать активную зону реактора в качестве лампы накачки для лазера нужной частоты - было бы здорово

Нет, нейтронов и гамму жалеть не нужно: их достаточно чтоб ломать СБ, но в процентах мощности - это крохи, совершенно не стОящие никакого упоминания.

Вообще же термофотовольтаика хороша не для реактора, она хороша для небольших изотопных генераторов. ТВЭЛ может быть нагрет до любой (в принципе) температуры, вне зависимости от мощности и массы РИ-источника, это вопрос лишь устойчивости материалов и теплового баланса (скажем, с топливом ничего сделать не вышло, хотя мучались и мучаются ещё много - температуры маленькие, удельная мощность - тоже). 
НА РИ и термофотопреобразовании можно сделать пусть не запредельно компактный, но очень лёгкий источник энергии для космоса. 
На Земле биозащита замучает, а вот для космоса можно. Особенно, для дальнего, где солнце светит сильно хуже, и СБ становятся уже не так выгодны.

[mihalchuk]

Татарин пишет:
Для ближнего космоса, правда, это бессмысленно. Сбросное тепло будет при низкой температуре (при высокой СБ потеряют КПД и будет деградировать быстрее), следовательно, опять же, нужны большие площади (всего в несколько раз меньше, чем для просто СБ). А раз так - то выгоднее концентрация солнечного света зеркалами на СБ, чем реактор.

Если так, то почему бы солнечные лучи не концентрировать на чёрной мишени, а уже её покрасить, окружить фильтрами и затем - СБ?

[Harsky]

Татарин пишет:
Нет, нейтронов и гамму жалеть не нужно: их достаточно чтоб ломать СБ, но в процентах мощности - это крохи, совершенно не стОящие никакого упоминания.

В этом месте речь про реактор или про РИ?

[Кубик]

mihalchuk пишет:

Татарин пишет:
Для ближнего космоса, правда, это бессмысленно. Сбросное тепло будет при низкой температуре (при высокой СБ потеряют КПД и будет деградировать быстрее), следовательно, опять же, нужны большие площади (всего в несколько раз меньше, чем для просто СБ). А раз так - то выгоднее концентрация солнечного света зеркалами на СБ, чем реактор.

Если так, то почему бы солнечные лучи не концентрировать на чёрной мишени, а уже её покрасить, окружить фильтрами и затем - СБ?

Вот вам и ответ..

Татарин пишет: ....при 3000К у реактора или куска плутония-238 с поверхности излучается максимум ~100кВт/м2, и это ещё до всех фильтров, которые пропустят в лучшем случае 1/10 от исходного. При 4000К (углерод ещё как-то выдержит) выходит в 2.5 раза больше, но тоже не фонтан.

[mihalchuk]

Я не вижу здесь ответа. Пусть будет 10 кВт с квадратного метра мишени, но КПД - 60%. Как будто экономия на СБ (стоимости и массе) - очевидна...

[Татарин]

mihalchuk пишет:

Татарин пишет:
Для ближнего космоса, правда, это бессмысленно. Сбросное тепло будет при низкой температуре (при высокой СБ потеряют КПД и будет деградировать быстрее), следовательно, опять же, нужны большие площади (всего в несколько раз меньше, чем для просто СБ). А раз так - то выгоднее концентрация солнечного света зеркалами на СБ, чем реактор.

Если так, то почему бы солнечные лучи не концентрировать на чёрной мишени, а уже её покрасить, окружить фильтрами и затем - СБ?

Угу. Этим в МФТИ занимались (для земных условий), не знаю как сейчас. 
Мысль была в том, что зеркала дешевле СБ, а с учётом большого КПД, определённый выигрыш по экономике намечался.
Для космоса всё утыкается в охлаждение СБ: большАя концентрация - большАя мощность на ту же площадь, хоть с промежуточным нагревом, хоть без. Откуда следует перегрев СБ, сразу требуется радиатор на низкие температуры (читать как "большой радиатор") и резкое снижение осмысленности затеи.

А при малой концентрации, при которой СБ сама себе радиатор, нет смысла в нагреве промежуточного тела, вся эта система попросту не окупит свою массу. 

(Тот же Боинг-Спектролаб делает для космоса СБ с концентраторами на микролинзах Френеля. Только причины повышения КПД там уже иные. Чисто полупроводниковые замороки - повышение КПД за счёт снижения относительной доли потерь на дефектах. Пар больше, а дефектов, на которые они бесполезно теряются столько же, так что доля потерь падает. Поэтому при концентрации (и достаточном теплоотводе) КПД СБ растёт. Рекорды КПД и поставлены при мощностях порядка мегаватта/м2 (тысяча солнц) и охлаждении жидким азотом.).

[Татарин]

Harsky пишет:

Татарин пишет:
Нет, нейтронов и гамму жалеть не нужно: их достаточно чтоб ломать СБ, но в процентах мощности - это крохи, совершенно не стОящие никакого упоминания.

В этом месте речь про реактор или про РИ?

Про реактор. 
Да для радиоизотопного ТВЭЛа тоже: мы же не враги себе, и выберем для него какой-нибудь бета- или альфа-излучатель с небольшим выходом гаммы (лучше б вообще без неё, но выбор тогда очень уж невелик), желательно мягкой, так чтоб и она большей частью поглотилась бы в самом ТВЭЛ.
Да, можно взять и какой-нибудь изотоп с очень жёсткой гаммой релаксации... но зачем?

[Harsky]

Татарин пишет:
Про реактор

Видимо требуется ликбез провести
Я думал что в реакторе реакция как раз с помощью нейтронов идет и они же основные источники выхлопа энергии. Ну понятно что сопутствующая распаду альфа и бета с гаммой прет, но основной канал - нейтроны

[Кубик]

Harsky пишет:

Татарин пишет:
Про реактор

Видимо требуется ликбез провести:cry: Я думал что в реакторе реакция как раз с помощью нейтронов идет и они же основные источники выхлопа энергии. Ну понятно что сопутствующая распаду альфа и бета с гаммой прет, но основной канал - нейтроны :?:

Это вы про излучение, а энергия - в осколках   ( Вики) :вот ликбез -
 распределение энергии деления ядра 235U между различными продуктами деления (в МэВ):
[TH]Полная энергия деления[/TH][TH]~200[/TH]

Кинетическая энергия осколков деления	162
Кинетическая энергия нейтронов деления	5
Энергия γ-излучения, сопровождающего захват нейтронов	10
Энергия γ-излучения продуктов деления	6
Энергия β-излучения продуктов деления	5
Энергия, уносимая нейтрино	11

[Harsky]

Кубик пишет:
Это вы про излучение, а энергия - в осколках ( Вики) :

Ага, про осколки я уже после сообразил

[Татарин]

Harsky пишет:

Татарин пишет:
Про реактор

Видимо требуется ликбез провести    
Я думал что в реакторе реакция как раз с помощью нейтронов идет и они же основные источники выхлопа энергии. Ну понятно что сопутствующая распаду альфа и бета с гаммой прет, но основной канал - нейтроны

Не.
Энергия деления тяжёлого ядра порядка (порядка!) 200МэВ.
Основная энергия - около 160МэВ приходится на сам распад - разлёт осколков, мгновенную гамму деления. 
Что-то порядка (порядка!) 30МэВ - радиоактивный распад осколков, растянутый по экспоненте на микросекунды-секунды-годы.
И на нейтроны приходится что-то там около 6-8МэВ. 

При этом абсолютное большинство нейтронов должны остаться внутри реактора просто чтоб реакция шла, излишек там даже на быстрых нейтронах всё-таки небольшой (и его желательно пустить в дело).


Да, чисто формально для продолжения реакции достаточно 1 нейтрона из получившихся при делении 2-с-чем-то. Но много нейтронов гибнет в захватах без деления - и конструкционные материалы, и само топливо жрут нейтроны без продолжения банкета. 
Потеря нейтронов из АЗ наружу - это очень плохо, с этим идёт борьба, потому что лишний нейтронный бюджет всегда можно разменять на более глубокое выгорание (и ресурс зоны), на меньшее обогащение топлива, на безопасность... в общем, ими не разбрасываются, даже то, что вылетело - стараются в зону всё-таки вернуть.

[Harsky]

Татарин пишет:
При этом абсолютное большинство нейтронов должны остаться внутри реактора просто чтоб реакция шла, излишек там даже на быстрых нейтронах всё-таки небольшой (и его желательно пустить в дело).

Да, понял. Просто косность мышления - про осколки вспоминают не часто, хотя как раз их кулоном сильнее всего растаскивает и на их фоне пара-тройка нейтронов - мелочь