Ядерный двигатель

[vlad7308]

Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

ЗЫ бывших физиков не бывает
если не ядерщик, то плазма? уж больно лихо Вы ориентируетесь в ТЯ

[Алексей Любопытный]

Татарин пишет:
Вот и приходится извращаться - гетероструктуры, несколько слоёв полупроводника с разной шириной ЗЗ (сначала эффективно съедаем самый синий, затем то, что краснее), и т.п

А что если перед слоем поглощающим эффективно в длинном диапазоне поставить переизлучающий слой, который поглощает фотоны с более короткой частотой и переизлучает в более длинном диапазоне? Может ли это быть дешевле и эффективней гетероструктуры с поглощением в нескольких слоях?

Или вся причина кроется в частоте поглощения? Т. е. переизлучающий слой будет поглощать только одну частоту, то снова придётся делать несколько слоёв?

А если использовать квантовые точки? Самым первым формируем слой аморфного кремния на подложке. Потом напыляем слой очень больших квантовых точек, потом слой частиц поменьше и далее ещё меньше. Квантовые точки переизлучают волну более длинную чем поглощают. И переизлучают её в зависимости от размера частицы.

Такие квантовые точки у нас производят. Они относительно дешёвые.

[Татарин]

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

ЗЫ бывших физиков не бывает  
если не ядерщик, то плазма? уж больно лихо Вы ориентируетесь в ТЯ

Прямое - это в плазме? Если в плазме, то это ж реактор. Критмассу нужно набрать, и геометрию тоже. Активная зона должна быть плотной, а если она в состоянии плазмы, то мне даже представить страшно, каких размеров она должна быть, чтоб набрать критичность - миллионы кубометров? миллиарды?

Или по аналогии с бетавольтаикой? Нет, вот такого точно не было.

Ещё пробовали напрямую в химию - радиолизом воды. Соли урана в водном растворе, и когда осколок разлетается (или быстрый электрон, гамма, нейтрон, ядро отдачи - пофиг), он ионизирует среду, и разделяет воду на кислород и водород. Кислород и водород частично рекомбинируют, а частично их можно вытащить в виде газов и использовать в топливном элементе, например. В лаборатории показано, что так можно вытащить до 7% энергии. На практике - очень уж неудобно. По техническим соображениям.

Нет, физика твёрдого тела.

[Татарин]

Zveruga пишет:

Татарин пишет:
Вот и приходится извращаться - гетероструктуры, несколько слоёв полупроводника с разной шириной ЗЗ (сначала эффективно съедаем самый синий, затем то, что краснее), и т.п

А что если перед слоем поглощающим эффективно в длинном диапазоне поставить переизлучающий слой, который поглощает фотоны с более короткой частотой и переизлучает в более длинном диапазоне?

Потому что потерь это не отменит. Причина потерь в том, что мы поглощаем "широкий" синий квант (допустим, 2.5эВ) полупроводником с узкой ЗЗ, подходящей под ИК (допустим, 1.1эВ, как у кремния).
Получившаяся "горячая" пара будет растащена полем p-n перехода, но дальше электрону (и дырке) придётся приземлиться на дно (и потолок, соотвественно) своих зон. В зоне проводимости электрону ничто не мешает скидывать энергию в тепло, пока он не получит минимальную возможную энергию. То же и для дырки. В итоге растащенная пара зарядов создаст разность потенциалов (примерно! не оговаривая тонкости!) с шириной ЗЗ.

То есть - жрём квант света 2.5эВа (или 1.9эВ, или 1.2эВ), а получаем с каждой штуки энергии только на 1.1эВ. Потери.
И чем тут поможет переизлучающий слой, который возьмёт зелёный квант 2эВ и переизлучит в ИК на 1.1эВа? Мы точно так же потеряем разницу.

Выгода будет, если принимать "большие" кванты и разменивать их на мелкие: скажем, из одного 2.5эВ делать 2 по 1.2эВа. Да, это возможно, и это пробовали/пробуют делать - и квантовыми точками, и традиционными внешними люминофорами. Но это даёт тот же результат, что с несколькими переходами (с квантов 2.5эВ и выше мы получим 2.2эВ (2 х 1.1), а с квантов меньше 2.5эВа, получим как и прежде, 1.1). 
Но большой прибавки это, очевидно, не даст (поэтому в серии этого нет, только в статьях), и увод СБ в глубокий ИК (чтобы можно было разменивать большие кванты по мелочи - 0.5эВа, скажем) мало что даёт, ведь эффективность такого преобразования тоже далека от 100%.


Есть попытки выжать из такого подхода по максимуму: люминесцентные СБ. Идея в том, что на/в листе прозрачного материала делается плоский световод с люминофором, который принимает свет. Свет поглощается люминофором, переизлучается в световод, а на торцах листа стоЯт фотоэлементы, особо заточенные на свет люминофора. Идея в том, что нанести слой-световод с люминофором на поверхность сильно дешевле, чем сделать СБ той же площади, а СБ на торцах совсем маленькие и их можно делать из дорогих, эффективных материалов. 
Более того, в теории слоёв люминофора может быть несколько, и каждый берёт свою часть света, и каждый работает на свою СБ.
На практике КПД таких штук очень невелик, и в массы они не пошли. Хотя, как экзотика для понтогонов (прозрачные окна-солнечные батареи, поглощающие УФ или ИК) на рынке в принципе имеются.

[sychbird]

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

Ну так основная идея уважаемого Татарина с МГД преобразованием на реакторной ионизации собственно это и предполагает. 

[vlad7308]

Татарин пишет:

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

Прямое - это в плазме? Если в плазме, то это ж реактор. Критмассу нужно набрать, и геометрию тоже. Активная зона должна быть плотной, а если она в состоянии плазмы, то мне даже представить страшно, каких размеров она должна быть, чтоб набрать критичность - миллионы кубометров? миллиарды?  

Или по аналогии с бетавольтаикой? Нет, вот такого точно не было.

прямое - это прямое.
вот летят осколки деления. с бешеным соотношением заряд/масса и кинетической энергией.
помещаем их в магнитное поле и снимаем ЭДС с обмоток
то есть то же МГД, только без всякого рабочего тела

[vlad7308]

sychbird пишет:

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

Ну так основная идея уважаемого Татарина с МГД преобразованием на реакторной ионизации собственно это и предполагает.  

не совсем. у него все таки вполне классический МГД с рабочим телом и тепловым циклом.

[Татарин]

vlad7308 пишет:

Татарин пишет:

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

Прямое - это в плазме? Если в плазме, то это ж реактор. Критмассу нужно набрать, и геометрию тоже. Активная зона должна быть плотной, а если она в состоянии плазмы, то мне даже представить страшно, каких размеров она должна быть, чтоб набрать критичность - миллионы кубометров? миллиарды?    

Или по аналогии с бетавольтаикой? Нет, вот такого точно не было.

прямое - это прямое.
вот летят осколки деления. с бешеным соотношением заряд/масса и кинетической энергией.
помещаем их в магнитное поле и снимаем ЭДС с обмоток
то есть то же МГД, только без всякого рабочего тела

Не. МГД, только в качестве рабочего тела - само топливо?    
То есть, газофазный ядерный реактор?

И более того, в Вашей интерпретации - бОльшая часть энерговыделения в газовой фазе и с МГД-преобразованием?
Такое сложно сделать: активная зона для достижения критичности должна быть велика (или мы должны делить уран чем-то ещё, не цепной реакцией).
Более простые схемы с небольшой газовой фазой - считали. Но, НЯЗ, нет, не пробовали. Даже в микромасштабах. Если требуется хоть сколь-нить значимый ресурс, там сразу появляется масса проблем.

[Алексей Любопытный]

vlad7308 пишет:

Татарин пишет:

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

Прямое - это в плазме? Если в плазме, то это ж реактор. Критмассу нужно набрать, и геометрию тоже. Активная зона должна быть плотной, а если она в состоянии плазмы, то мне даже представить страшно, каких размеров она должна быть, чтоб набрать критичность - миллионы кубометров? миллиарды?    

Или по аналогии с бетавольтаикой? Нет, вот такого точно не было.

прямое - это прямое.
вот летят осколки деления. с бешеным соотношением заряд/масса и кинетической энергией.
помещаем их в магнитное поле и снимаем ЭДС с обмоток
то есть то же МГД, только без всякого рабочего тела

Дак рабочим телом тогда будут осколки. Их ещё и утилизировать придётся.

[Юрий Михайлович Темников]

Вся беда в том , что в твердом веществе пробег этих осколков очень мал ,если только очень тонкую фольгу прогонять через активную зону,причем100%  уран 235 или плутонй,или на нее же пучек протонов высоких энергий все это в вакууме ,да еще эти осколки за собой все равно электроны потащат,маловероятно,что эту задачу удастсярешить

[Зомби. Просто Зомби]

Harsky пишет:
Тогда почему бы не сделать еще один шаг - добавление ускоряющего поля к ионизированному таким образом газу

Чё-то так?

[Имxотеп]

Татарин пишет:

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.

Далась вам эта ионизация. Надо оптимизировать систему в целом, а не какой-то один параметр. Увеличение степени ионизации приведет прежде всего к стремительному росту потерь на излучение: тормозное, свободно-связанное, в линиях и тд. Прикиньте на досуге тормозное для плотной, полностью ионизированной плазмы. У вас вся вкачанная энергия тупо высветится обратно в стенку.

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.

Окститесь, родные. При 3000 К Стефан-Больцман дает 4.6 МВт/м2 !

[vlad7308]

Татарин пишет:

vlad7308 пишет:

Татарин пишет:

vlad7308 пишет:
Татарин, а почему никогда не пытались делать прямое преобразование кинетической энергии осколков и альфы в электричество?

Прямое - это в плазме? Если в плазме, то это ж реактор. Критмассу нужно набрать, и геометрию тоже. Активная зона должна быть плотной, а если она в состоянии плазмы, то мне даже представить страшно, каких размеров она должна быть, чтоб набрать критичность - миллионы кубометров? миллиарды?    

Или по аналогии с бетавольтаикой? Нет, вот такого точно не было.

прямое - это прямое.
вот летят осколки деления. с бешеным соотношением заряд/масса и кинетической энергией.
помещаем их в магнитное поле и снимаем ЭДС с обмоток
то есть то же МГД, только без всякого рабочего тела

Не. МГД, только в качестве рабочего тела - само топливо?    
То есть, газофазный ядерный реактор?

И более того, в Вашей интерпретации - бОльшая часть энерговыделения в газовой фазе и с МГД-преобразованием?
Такое сложно сделать: активная зона для достижения критичности должна быть велика (или мы должны делить уран чем-то ещё, не цепной реакцией).
Более простые схемы с небольшой газовой фазой - считали. Но, НЯЗ, нет, не пробовали. Даже в микромасштабах. Если требуется хоть сколь-нить значимый ресурс, там сразу появляется масса проблем.

ммм.. ну почему обязательно газофазный...
если сделать ТВЭЛ достаточно тонким, то большая часть осколков будет сама из него вылетать.
правда тогда не совсем понятно как добиться критики   ибо нейтроны будут вылетать еще лучше
не знаю, можно ли придумать такую конфигурацию АЗ..

[Harsky]

Зомби. Просто Зомби пишет:

Harsky пишет:
Тогда почему бы не сделать еще один шаг - добавление ускоряющего поля к ионизированному таким образом газу

Чё-то так?

Может и так. Лучше сказать по-другому: ионизировать газ не в СПД, а в отдельных каналах реактора и подавать его в двигатель уже в виде плазмы.
Я пару страниц назад прикинул расходы на ионизацию в процентах от расходов на ускорение ионов - 15% для Xe, 24% для Ar при скорости истечения 70 км/с. Для более низких УИ соотношения еще хуже - 60% для Xe и 96% для Ar при скорости истечения 35 км/с. Вобщем, некоторое усложнение системы стоит выигрыша, кмк.

[pkl]

Ещё чуть - чуть - и гфЯРД изобретёте. Ну или ТЯРД.

[Harsky]

pkl пишет:
Ещё чуть - чуть - и гфЯРД изобретёте. Ну или ТЯРД.  

ГФЯРД противен богу, как известно, ибо в природе ничего подобного и рядом не было
Вот реактор с твердой актовной зоной богу угоден, отсюда и пляшем 

[Кубик]

Harsky пишет: ГФЯРД противен богу, как известно, ибо в природе ничего подобного и рядом не было Вот реактор с твердой актовной зоной богу угоден, отсюда и пляшем

Как постоянный резонёр, однако, вопрошу : А как насчёт ЖФЯРД - на расплавленном?      (А в природе вполне мог быть на растворе урановых соединений в воде, а не на водном замедлителе между пластами руды...  

[Harsky]

Кубик пишет:
А как насчёт ЖФЯРД - на расплавленном

А смысл? Имеем недостатки ГФ (морока с удержанием АЗ) и ТФ (относительно низкий УИ).
Теория такой двигатель иметь вроде как и не запрещает, но покажите мне тот Габон, где он был

[Кубик]

Harsky пишет: покажите мне тот Габон, где он был

Нет, расплавленные ураниды даже в "Стране Багровых Туч" не помянуты, а вот возможность водного "супа" из них вполне вероятна, как думаю, - по крайней мере - такие реакторы строили, и я только версию про Окло дал.. :oops:

[Harsky]

Кубик пишет:

Harsky пишет: покажите мне тот Габон, где он был

Нет, расплавленные ураниды даже в "Стране Багровых Туч" не помянуты, а вот возможность водного "супа" из них вполне вероятна, как думаю, - по крайней мере - такие реакторы строили, и я только версию про Окло дал..  :oops:

Ну я-то природный реактор считал за твердотельный. Был бы "жидким" - вымыло бы моментом. А из жидкого там вроде только вода была, в качестве замедлителя.
Других пока не нашли.

А что дал бы реактор с "жидкой" АЗ, чем он лучше твердого (и газового)?