Ядерный двигатель

[Алексей Любопытный]

pkl пишет:
А кпд какой?

Тема лазеров с ядерной накачкой началась во время холодной войны. Американцы придумали проект Экскалибур предназначенный для уничтожения советских боеголовок. Суть идеи заключалась в подрыве ядерного заряда в области которого расположены металлические нити длинной несколько метров. Во время взрыва они должны были превращаться в плазму генерирующую рентгеновский лазерный луч.

Вот в этом демонстрационном ролике времён холодной войны действие Зкскалибура показано на 45-50 секундах.

На самом деле Экскалибур не имел оптического резонатора для рентгеновского лазера и потому был нереальным проектом. Но наши учёные повери в серьёз и начали исследовать эту технологию. Так началась программа СОИ - Звёздных войн.

Лазерная установка с ядерной накачкой ГНЦ РФ - ФЭИ

Принцип работы лазера с ядерной накачкой

Лазер с ядерной накачкой - это лазер, в котором возбуждение и создание инверсии в специальной лазерно-активной среде осуществляется продуктами ядерных реакций. Наиболее перспективным видится использование в качестве источника энергии осколков деления тяжелых ядер.
Принцип работы лазера с накачкой осколками деления показан на данном рисунке:

Схема Лазерно-активного элемента: 1 - поток нейтронов; 2 - осколки делений; 3 - слой U235; 4 - лазерно-активная среда; 5 - оптические окна; 6 - "глухое" зеркало; 7 - выходное зеркало; 8 - лазерный пучок.

Нейтроны из запального реактора, проходя через лазерно-активный элемент (ЛАЭЛ), вызывают деления урана-235, нанесенного на внутреннюю поверхность ЛАЭЛа. Осколки деления, попадая в лазерно-активную среду, создают рекомбинационно неравновесную ядерно-возбуждаемую плазму и инверсию лазерных уровней. Запасенную в среде энергию можно вывести из лазерно-активного элемента с помощью специальной оптической системы, состоящей из "глухого" и выходного зеркал (т.н. "лазерный генератор с ядерной накачкой").

Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского» один из ведущих научно-исследовательских центров Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом». Здесь были выдвинуты и реализованы идеи создания реакторов на быстрых нейтронах и реакторов с прямым преобразованием ядерной энергии в электрическую.

Энергетический макет импульсной реакторно-лазерной системы - оптического квантового усилителя с ядерной накачкой (ОКУЯН) - разработан специалистами ГНЦ РФ ФЭИ для экспериментальной демонстрации уникальных мощностных и энергетических качеств Лазеров с ядерной накачкой.

ОКУЯН состоит из двух модулей: запального реакторного и лазерного блока (см. Рис.). В качестве запального реактора используется двухзонный импульсный реактор БАРС-6. Лазерный блок (ЛБ) представляет собой цилиндрическую конструкцию с продольной полостью для размещения запального импульсного реактора. Диаметр ЛБ ~ 1700 мм, а длина ~ 2500 мм. В состав лазерного блока входят лазерно-активные элементы (ЛАЭЛы), их имитаторы и элементы замедлителя нейтронов. ЛБ окружен двумя рядами внешнего отражателя нейтронов. В нейтронно-физическом смысле лазерный блок является глубоко подкритической системой со значением эффективного коэффициента размножения нейтронов значительно меньше 1.


Лазерно-активный элемент представляет собой тонкостенную стальную трубу с внешним диаметром 50 мм и длиной 2500 мм, на внутреннюю поверхность которой нанесен тонкий слой металлического урана-235 эффективной толщиной ~ 5 мкм. ЛАЭЛ загерметизирован с торцов оптическими окнами и заполнен лазерно-активной средой, в качестве которой в настоящее время используется Ar-Xe (200:1) смесь.

Имитатор ЛАЭЛ является полным аналогом в нейтронно-физическом смысле лазерно-активного элемента и представляет собой двухстенную алюминиевую трубу между стенками которой размещен диоксид урана. Количество урана-235 эквивалентно количеству делящегося вещества в ЛАЭЛе.

    Внешний отражатель нейтронов набирается из тонкостенных стальных труб заполненых парафином. Если небходимо, в лазерный блок устанавливается внутренний отражатель нейтронов эффективной толщиной ~ 7 см.

    ОКУЯН функционирует следующим образом. Нейтроны, рожденные в импульсном запальном реакторе, проходя через лазерный блок, замедляются в нем и вызывают деления урана-235 в лазерно-активных элементах. Осколки деления создают рекомбинационно неравновесную ядерно-возбуждаемую плазму в объеме лазерно-активной среды. Запасенную в лазерно-активной среде энергию можно вывести из ЛАЭЛов используя специальную оптическую систему. На данной установке предполагается использовать схему "задающий генератор - двухпроходовый усилитель" (см. Рис.). В качестве задающего генератора будет использован лазер с накачкой электронным пучком.


Т.о. расчеты показали, что, если все имитаторы ЛАЭЛов (~ 650 ед.) будут заменены на реальные лазерно-активные элементы, суммарная энергия выходного лазерного пучка из системы будет ~ 50 кДж длительностью ~ 10 мс.

В настоящее время физический и энергетический пуск установки полностью завершен и проводятся лазерные эксперименты.


Основные характеристики ОКУЯН
 Число делений в реакторе БАРС-6 - 5.1017
 Длительность импульса в ЛБ - 1-10 мс
 Лазерно-активная среда - Ar-Xe
 Лазерный переход - Xe1
 Длина волны лазерного перехода - 1.73 мкм
 Выходная энергия лазерного излучения (650 ЛАЭЛов) - до 50 кДж

ГНЦ РФ Физико-энергетический институт. Отделение Перспективных ядерно-лазерных и термоядерных исследований. Лаборатория Технической физики

[Алексей Любопытный]

Реакторы-лазеры из ВНИИЭФ 

Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институтэкспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) - федеральное государственное унитарное предприятие Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом". РФЯЦ-ВНИИЭФ - крупнейший в стране научно-исследовательский институт, решающий сложные задачи оборонного, научного и народнохозяйственного значения. Основанный в 1946 году институт внес определяющий вклад в создание ядерного и термоядерного оружия в СССР, ликвидацию атомной монополии США. Здесь были разработаны первые отечественные атомная и водородная бомбы. Деятельность института обеспечила достижение мирового ядерного равновесия в годы "холодной войны", удержала человечество от глобальных военных конфликтов. ВНИИЭФ положил начало реализации масштабной программы Советского Союза по проведению ядерных взрывов в мирных целях. В 1962 году была решена уникальная задача зажигания и горения термоядерного горючего при отсутствии делящихся материалов. Это был важный шаг на пути к термоядерной энергетике будущего.

Главная задача ядерного центра сегодня - обеспечение и поддержание надежности и безопасности ядерного оружия России.

На базе водно-импульсного реактора ВИР-2М с энерговыделением в активной зоне до 60 МДж и длительностью нейтронного импульса 3 мс и более создан экспериментальный комплекс для исследования характеристик лазеров с ядерной накачкой (ЛЯН) и отработки элементов конструкции ядерно-лазерных устройств. В состав комплекса входят лазерные установки ЛУНА-2М, ЛУНА-2П и ЛЯН-2Т. На реакторе ВИР-2 проведен большой объем фундаментальных исследований по поиску и оптимизации параметров газовых ЛЯН и изучению их энергетических и спектральных характеристик, измерены неоднородности плотности газовых сред, расходимость лазерного излучения, характеристики пленочного уранового топлива. В РФЯЦ-ВНИИЭФ получена и исследована генерация более чем на сорока переходах атомов Xe, Kr, Ar, Ne, C, N, O, Cl, ионов Cd+, Zn+ в видимой и ИК-областях спектра при возбуждении газовых смесей осколками деления урана, а также продуктами реакций 3He(n,p)3H и 10B(n,α)7Li в нейтронных полях импульсных ядерных реакторов. Одним из главных научных достижений, реализованных на этой установке, наряду с высокими значениями КПД (до 2,5 %) является демонстрация возможности работы ЛЯН даже при нейтронных потоках на периферии активных зон практически всех энергетических и исследовательских ядерных реакторов непрерывного действия.

На комплексе ВИР-2М/ЛУНА-2М проведен большой объем экспериментов по исследованию спектральных характеристик различных газовых сред, возбуждаемых осколками деления урана, и поиску новых ЛЯН, получена информация о начальных коэффициентах усиления и параметрах насыщения активных сред лазеров на смесях Ar-Xe (λ = 1,73 мкм) и He-Ar-Xe (λ = 2,65 мкм). При разработке реакторов-лазеров непрерывного действия необходимы практическая демонстрация такого режима, конструкторско-технологическая отработка и изучение характеристик устройств с поперечной прокачкой газа. Для решения этих задач разработан и изготовлен лазерный 4-канальный модуль ЛМ-4.

Установка ЛМ-4 состоит из четырех лазерных каналов сечением 20х60 мм и активной длиной 1 м, включенных совместно с размещенными между каналами пластинчатыми радиаторами в единую газовую петлю, в которой осуществляется поперечная прокачка. Система возбуждается потоком нейтронов от реактора БИГР длительностью ~ 1,5 с. Длительность генерации определяется длительностью импульса облучения реактора БИГР. Впервые в мире на практике продемонстрирована непрерывная генерация в лазерах с ядерной накачкой и показана эффективность способа поперечной прокачки газа. Мощность лазерного излучения ~ 100 Вт. В настоящее время эти энергетические характеристики для лазеров с ядерной накачкой являются рекордными. В 2000-2001 гг лазерный модуль был существенно модернизирован, переделаны оптическая схема и системы регистрации, юстировки и управления.

Эксперименты показали, что при работе в квазиимпульсном режиме длительность импульса, мощность и энергия генерации в сложенном канале оказались существенно выше, чем в одинарном, а пороги генерации – существенно ниже. Данные результаты являются наглядным доказательством возможности применения последовательной схемы сложения лазерных каналов и снижения, таким образом, диаграммы направленности светового луча.

В ходе исследований, проведенных на модернизированном экспериментальном комплексе ЛМ-4М/БИГР, продемонстрирована работа многоэлементного ядерно- лазерного устройства в непрерывном режиме после длительной (7 лет) консервации установки без замены оптических и топливных элементов. Фактически модуль ЛМ-4 может рассматриваться как реактор-лазер (РЛ) в миниатюре, обладающий всеми его качествами кроме возможности самоподдерживающейся (цепной) ядерной реакции, обеспечивающей ядерную накачку без использования внешних нейтронных полей. Эта задача решается простым масштабированием рабочей зоны ЛМ и введением системы управления реактором. Выработана концепция РЛ как автономного ядерно-физического устройства, совмещающего функции лазерной системы и ядерного реактора и осуществляющего прямое преобразование энергии ядерных реакций в лазерное излучение.

Реактор-лазер является, в сущности, набором определенного количества лазерных ячеек, размещенных должным образом в матрице замедлителя нейтронов. На основе результатов расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, конструкторско-технологических проработок, опыта отечественного реакторостроения, эксплуатации исследовательских ядерных реакторов и лазерных комплексов определены основные энергетические, ядерно-физические, технические и эксплуатационные параметры различных вариантов РЛ с мощностью лазерного излучения от 100 кВт до нескольких мегаватт, работающих во временных интервалах от нескольких секунд до непрерывного режима. Рассматривались РЛ с аккумулированием тепла в активной зоне (АЗ) реактора в пусках, продолжительность которых ограничена допустимым нагревом АЗ (теплоемкостные РЛ), и РЛ с выносом тепловой энергии за пределы АЗ, т.е. без ограничения по энергетике.

Реактор-лазер для промышленного применения с невысокой при мощности лазерного излучения ~1 МВт должен содержать ~конструкторско-технологическим и эксплуатационным соображениям такую установку удобно выполнить секционированной, состоящей из функционально законченных модулей.

Реактор-лазер непрерывного действия имеет сменные лазерные модули,составляющие в совокупности активную зону РЛ.
Лазерный комплекс кроме собственно РЛ включает в себя оптические системы формирования лазерного излучения и транспортировки его к объекту воздействия, систему управления и защиты реактора и систему управления лазерным излучением, периферийные системы прокачки и охлаждения лазерной среды и теплоносителя. Система формирования лазерного излучения в значительной степени определяется назначением комплекса. Преимущества РЛ обусловлены высокой удельной и абсолютной энергоемкостью, практически недостижимой в других типах лазеров, эффективным преобразованием в широком оптическом диапазоне, отсутствием промежуточных ступеней преобразования энергии, гибкостью управления.

Возможные применения реакторов-лазеров:

Снабжение энергией спутников, базы на темной стороне Луны,космических объектов.
Лазерные ракетные двигатели для старта с Земли и межпланетных полетов.
Очистка космоса от мусора и отработавших ЯЭУ.
Вывод полезных грузов на космические орбиты.
В качестве инструмента для резки и сварки крупногабаритных установок.
Утилизация экологически опасных установок.
Утилизация особо прочных и толстостенных конструкций,разделка которых традиционными способами затруднена или невозможна.
Оперативный ремонт дорогостоящих производственных установок с непрерывным циклом работы.
Ликвидация последствий стихийных бедствий, аварий и катастроф, в особенности сопровождающихся повышенной экологической.

Работы по созданию мощных РЛ непрерывного действия с прямым преобразованием ядерной энергии в лазерное излучение являются новым направлением современной физики, возникшим на стыке последних достижений в ядерной энергетике и лазерной технике. Такие работы в стране и за рубежом проводятся впервые. Реализация такой программы станет существенным вкладом в создание энергетики будущего, позволит сохранить научно-технический потенциал России и мировой приоритет в новой перспективной области науки и техники.
Во ВНИИЭФ завершается создание ядерно-физической установки, являющейся физической моделью РЛ непрерывного действия с поперечной прокачкой лазерной среды.

ВНИИЭФ

[Алексей Любопытный]

Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.

Автор: Гангрский Ю.П.
Другие авторы: Марков Б.Н.
Издательство: M.: Знание, под редакцией Ерлыкина К.А.
Год издания: 1984
Страницы: 64
Прямая ссылка на скачивание книги.

[Alex_II]

Zveruga пишет:
Бармалеи с вами не согласятся.

Кто б тебе объяснил, что бомбить ничем не зашищенные поселки и вести войну - это разные вещи... Но я не буду - модератор против... А пока лишь повторюсь - по части понтов нам нет равных в этой галактике...

[Alex_II]

Zveruga пишет:
Вообще-то Россия ведущая страна в области лазеров. Мы и сами с усами.

Как обычно ни буя не понял... Так тебе военные и поделились с космонавтикой... Им самим есть куда деньги прогадить... Нафиг им ваш Марс?

[Алексей Любопытный]

Alex_II пишет:

Zveruga пишет:
Бармалеи с вами не согласятся.

Кто б тебе объяснил, что бомбить ничем не зашищенные поселки и вести войну - это разные вещи... Но я не буду - модератор против... А пока лишь повторюсь - по части понтов нам нет равных в этой галактике...

Ты не переживай. Если НАДО будет, мы КОГО УГОДНО разбомбим. Даже США. Но основательно и только один раз.

[Алексей Любопытный]

Alex_II пишет:

Zveruga пишет:
Вообще-то Россия ведущая страна в области лазеров. Мы и сами с усами.

Как обычно ни буя не понял... Так тебе военные и поделились с космонавтикой... Им самим есть куда деньги прогадить... Нафиг им ваш Марс ?

А Росатом тут причём?

Есть такое понятие как энергетика. Кроме этого космонавтика и оборонка идут рука об руку, так как это технологии двойного применения.

[Кубик]

Zveruga пишет: Есть такое понятие как энергетика. Кроме этого космонавтика и оборонка идут рука
об руку, так как это технологии двойного применения.

Преимущества РЛ обусловлены высокой удельной и абсолютной энергоемкостью, практически недостижимой в других типах лазеров, эффективным преобразованием в широком оптическом диапазоне, отсутствием промежуточных ступеней преобразования энергии, гибкостью управления.

Возможные применения реакторов-лазеров: Снабжение энергией спутников, базы на темной стороне Луны,  космических объектов. Лазерные ракетные двигатели для старта с Земли и межпланетных полетов.
Очистка космоса от мусора и отработавших ЯЭУ. Вывод полезных грузов на космические орбиты.

Трепаться не запрещено, даже серьёзным людям..Судя по габаритам всего лишь модельной установки с мощностью луча в 100 Вт, выйти в космос её потомкам очень долго не светит, а уж "своим ходом"    Продукт журноламерства опознаётся по "тёмной стороне Луны" однозначно. И как очищать даже от мусора орбиты собрались? Превращением его в распылённый мусор? Особенно ЯЭУ... :cry:

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:
базы на темной стороне Луны,    

Тут нет ничего необычного. В одном из вариантов рассматривается лунная база на тёмной стороне Луны. По этому такое точное упоминание про тёмную сторону Луны от Росатома.

Кубик пишет:
Судя по габаритам всего лишь модельной установки с мощностью луча в 100 Вт, выйти в космос её потомкам очень долго не светит, а уж "своим ходом"    

В первой лабораторной установке реактор объёдинён с лазером. Во второй сам лазер небольшой.

Его размеры связаны с тем, что через него нужно прокачивать плазму. При этом масштабировать установку можно не только в размерах, но и в скорости прокачки плазмы, её давлении и температуре.

Напомню, что габариты и масса ЯЭДУ значительно больше.

[pkl]

Alex_II пишет:

Кубик пишет:
Импульсные одноразовые с ядерной накачкой...

Ага. Да ещё и ренгеновские, ЕМНИП...

Господа! Вы конкретно отстали от жизни:


 

[pkl]

Alex_II пишет:
Это вряд ли... Зато по части понтов нам нет равных в нашей Галактике...

Что значит "вряд ли"?

[pkl]

Alex_II пишет:

pkl пишет:
И вроде как, уже принято решение.

Какое? Кем? Опять невнятные слухи?

Блин, а тебе не всё ли равно? Кто там в французском парламенте и правительстве топит против АЭС? Я, конечно, могу поискать, но какое это имеет отношение к космическим ЯЭДУ?

А собственно... гляди:
 https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=F4YXKUHV1Is
 http://www.atomic-energy.ru/news/2017/04/25/75210
 http://www.atomic-energy.ru/news/2017/05/10/75621
 http://actualcomment.ru/evropa-otkazyvaetsya-ot-aes.html
 http://novainfo.ru/article/13487
 http://ru.rfi.fr/frantsiya/20170710-vo-frantsii-zakroyut-do-17-atomnykh-reaktorov

[pkl]

Alex_II пишет:

pkl пишет:
На МКТ вряд ли удастся вообще слетать.

Обоснуй. Технических препятствий не вижу. Да и денег надо не феерически много... 

Есть одно препятствие. Формула Циолковского называется.

pkl пишет: 
А для "троллейбуса" почти всё есть: и ЭРД, и солнечные батареи.

Это не "почти всё" - это менее четверти... Мощных ЭРД нет, солнечные батареи надо менять (оптимизировать под лазер), реакторов нет, лазеров нет, оптики нет... А те, кто "ещё" занимается мощными лазерами - не склонны делиться ни разработками ни деньгами...

Ничего. Главное - нет никаких фундаментальных, теоретических препятствий к реализации идеи. А практические могут быть преодолены при медленном развитии.

[Алексей Любопытный]

pkl, спасибо за ссылки. Почитал.

Это что же получается? Америка слилась. Япония слилась. Франция слилась. У Англии много денег, решили провести реформирование отрасли, но смогут ли? Остаются Китай да ЮАР, не особо конкуренты.

Сомневаюсь, что они смогут возместить недостаток энергии только возобновляемыми источниками. Смотрят в рот на опыт Германии и забывают, кто её газом кормит. Вангую увеличение потребления газа в ЕС в будущем, а России безбедное существование.

[Алексей Любопытный]

К 2025 году!

[Кубик]

Zveruga пишет:

Кубик пишет: базы на темной стороне Луны,

Тут нет ничего необычного. В одном из вариантов рассматривается лунная база на тёмной стороне Луны. По этому такое точное упоминание про тёмную сторону Луны от Росатома.

А где это "тёмная сторона" у Луны?        

Zverugaпишет: Его размеры связаны с тем, что через него нужно прокачивать плазму. При этом
масштабировать установку можно не только в размерах, но и в скорости прокачки плазмы, её давлении и температуре. Напомню, что габариты и масса ЯЭДУ значительно больше.

И что, габариты и масса мегаваттного лазера будут меньше? (Вместе с реактором, кстати) Плазму прокачивать не надо будет?  И с какой ЯЭДУ это сравнение?  :|

[Alex_II]

pkl пишет:
Блин, а тебе не всё ли равно? Кто там в французском парламенте и правительстве топит против АЭС?

Ну любопытно же кто там такой классический дебил... Оказалось что не президент... И то хлеб, а то у французских президентов власти много... Ну а классическая туповатая проплаченная зелень - это всё же не так страшно...

pkl пишет:
Есть одно препятствие. Формула Циолковского называется

Каким хером формула Циолковского мешает химической ракете долететь до Марса? Подумай еше раз, не зацикливайся на ненависти к Маску...

pkl пишет:
Ничего. Главное - нет никаких фундаментальных, теоретических препятствий к реализации идеи.

Ага, только практические... Кстати к построению межзвездного корабля на антиматерии тоже нет никаких теоретических препятствий...

[Alex_II]

Zveruga пишет:
Это что же получается? Америка слилась. Япония слилась. Франция слилась.

Тщательнее читать надо, видеть не то что ХОЧЕТСЯ, а то что реально есть...

Эммануэль Макрон, победивший на президентских выборах во Франции, может отложить практическое исполнение планов по снижению доли атомной генерации. Такую информацию  распространило агентство "Reuters" со ссылкой на "источника, близкого к избирательному штабу Макрона".

http://www.atomic-energy.ru/news/2017/05/10/75621
Да и насчет "Америка слилась" - это тоже только твои хотелки...

[Alex_II]

Zveruga пишет:
Ты не переживай. Если НАДО будет, мы КОГО УГОДНО разбомбим.

Соблюдайте технику безопасности - надувая щёки не превышайте рабочего давления системы... А то ОЙ...

[Алексей Любопытный]

Кубик пишет:
А где это "тёмная сторона" у Луны?

Та, что нам не видна - обратная. Иногда русскоязычные обратную сторону Луны называют эпитетом "тёмная", в переносном значении: "сокрытая", "неизвестная".

Меня эти непонимания русского языка иногда удивляют. Неужели и у вас проблемы с пониманием русского языка?