Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

Автор Space books, 16.09.2020 09:54:02

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Diy

Цитата: SONY от 24.11.2022 11:35:13
Цитата: Diy от 24.11.2022 11:03:59Топаз запитал ЭРД КА. «Межзвёздный» это потенциально при дальнейшем развитии.
Нет, межзвёздным это не станет никогда принципиально.

1. Если речь о перелётах длительностью во многие тысячелетия (скорость перелёта в пределах 0,1% от скорости света), то там нужен источник питания с соответствующей долговечностью. Термоэмиссионные преобразователи можно попробовать "прокачать" до ресурса в несколько десятков лет, но явно не более того. Пока же даже пяток лет ресурса получить - это уже огромная проблема. Т.е. для таких перелётов нужно что-то типа РИТЭГа на тории-229 (он за счёт рождения радиоактивного ряда даст в разы больше энергии, чем другие изотопы с подходящим периодом полураспада).

2. Если речь о перелётах длительностью в десятки лет (скорость перелёта до 10% от скорости света), то связка из ядерного реактора с термоэмиссионным преобразователем, который питает плазменный или ионный двигатель, просто фундаментально не способна обеспечить такие скорости. Чтобы получить ну пусть даже не 10, а всего 5% от скорости света, нам потребуется удельный импульс ну самое меньшее где-то 5000 км/с. И то даже при таком удельном импульсе масса рабочего тела уже будет в двадцать раз больше "сухой" массы космического аппарата.
5000 км/с - это по 12,5 ТДж кинетической энергии на каждый килограмм массы рабочего тела. Деление 1 кг урана даёт 88 ТДж тепловой энергии. Казалось бы - много больше 12,5 ТДж, необходимых рабочему телу. Но, на самом деле, всего в 7 раз больше... Нам ведь требуется чтобы масса не просто топлива в реакторе, а вообще всего, что есть на комическом аппарате, была в 20 раз меньше массы рабочего тела! С учётом того, что масса топлива - это малая доля от массы даже реактора, а не то, что всего космического аппарата, что выгорает далеко не 100% массы топлива, а от силы 10%, а чаще и вовсе 2-3%, что КПД у нас тоже не 100% и т.д. нужно чтобы удельная энергия урана как минимум в 7000 раз превосходила удельную кинетическую энергию рабочего тела. А это выполняется лишь при удельном импульсе порядка 150 км/с и менее. С таким удельным импульсом нам грозит максимальная скорость лишь порядка 0,1% от скорости света и многотысячелетний перелёт. Ну а тут - см. пункт 1.
Вы слишком пессиместичны. Выгорание ядерного топлива можно сильно повысить, не исключаю и возможность достичь хитрыми способами полного. КПД можно тоже в далеком будущем сильно поднять. Плутониевое топливо выделяет сильно больше энергии, чем урановое, как раз для термоэмиссии применяют быстрые реакторы.
Кто виноват, что им светят два солнца?..

SONY

Цитата: Diy от 24.11.2022 15:36:36Вы слишком пессиместичны. Выгорание ядерного топлива можно сильно повысить, не исключаю и возможность достичь хитрыми способами полного. КПД можно тоже в далеком будущем сильно поднять.
Система принципиально не работает даже при 100% выгорании и 100% КПД...
И вообще, если мы говорим про далёкое будущее, то зачем мы обсуждаем такую убогую технологию? Очевидно, что в далёком будущем будут использовать термоядерные ракетные двигатели и/или ракетные двигатели на осколках деления, которые обеспечивают удельный импульс на уровне 10 000 км/с и при этом не требуют внешнего источника энергии, а сами могут попутно обеспечивать энергией системы космического аппарата.

Цитата: Diy от 24.11.2022 15:36:36Плутониевое топливо выделяет сильно больше энергии, чем урановое, как раз для термоэмиссии применяют быстрые реакторы.
Нет, энергия деления всех делящихся изотопов находится на практически одинаковом уровне.
Полная энергия деления урана-235 составляет 204,1 МэВ. Полная энергия деления плутония-239 составляет 210,3 МэВ - на 3,0% больше. При этом масса плутония-239 больше массы урана-235 на 1,7%. В итоге удельная, на единицу массы, энергия деления плутония лишь на 1,3% выше, чем у урана. Эта разница пренебрежимо мала в абсолютно любых ситуациях.
И, кстати, применение быстрых реакторов, более сложных в управлении, чем реакторы на тепловых нейтронах, лишь осложняет использование плутония, т.к. управлять реакторами на нём в разы сложнее, чем на уране. Так что ваше "как раз" является аргументом против плутония.
Ну и, наконец, резолюция 47/68 Генеральной Ассамблеи ООН, установившая "Принципы, касающиеся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве", прямо указывает, что "В качестве топлива в ядерных реакторах используется лишь высокообогащенный уран-235". Т.е. применение плутония в реакторах комического назначения просто на просто запрещено.

german_kmw

Цитата: SONY от 24.11.2022 20:59:29Ну и, наконец, резолюция 47/68 Генеральной Ассамблеи ООН, установившая "Принципы, касающиеся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве", прямо указывает, что "В качестве топлива в ядерных реакторах используется лишь высокообогащенный уран-235". Т.е. применение плутония в реакторах комического назначения просто на просто запрещено.
Резолюции генассамблеи оон не имеют силы международного закона.  В американских РИТЭГах плутоний. 

nonconvex

Цитата: Farakh от 24.11.2022 15:14:44
Цитата: nonconvex от 23.11.2022 07:16:58но вопли все злее
Кстати, да. Ваши вопли все злее. То есть Старшип скоро полетит.
Это что, Not-а тоже в секту обратили? Чудны дела твои, Господи!

Alexandr_A

Цитата: Arzach от 24.11.2022 11:49:51Не будет там никаких новых физических принципов, одно материаловедение.
Не важно как это журналисты обозвали. Исследования показали эффективность схемы и они опубликованы, значит нужно делать, а не ждать пока это сделают другие.

Наименьший квадрат

Цитата: german_kmw от 24.11.2022 22:28:31
Цитата: SONY от 24.11.2022 20:59:29Ну и, наконец, резолюция 47/68 Генеральной Ассамблеи ООН, установившая "Принципы, касающиеся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве", прямо указывает, что "В качестве топлива в ядерных реакторах используется лишь высокообогащенный уран-235". Т.е. применение плутония в реакторах комического назначения просто на просто запрещено.
Резолюции генассамблеи оон не имеют силы международного закона.  В американских РИТЭГах плутоний.

Там оксид плутония, это несколько другое

Павел73

Цитата: Inti от 24.11.2022 13:28:29Межзвёздный перелёт реален только для очень лёгкого объекта который будет разгоняться внешним источником излучения типа Солнца или каких-то лазеров (или как-то использовать вещество которое присутствует в космосе...)
А любопытно: до какой скорости теоретически может разогнаться солнечный парусник? Ведь по мере удаления от Солнца поток солнечного излучения, приходящийся на единицу площади паруса, будет убывать пропорционально квадрату увеличения расстояния от Солнца. Соответственно будет уменьшаться и создаваемое ускорение.
Будет не до космонавтики (С) Ронату.

Inti

Цитата: Павел73 от 25.11.2022 06:37:21
Цитата: Inti от 24.11.2022 13:28:29Межзвёздный перелёт реален только для очень лёгкого объекта который будет разгоняться внешним источником излучения типа Солнца или каких-то лазеров (или как-то использовать вещество которое присутствует в космосе...)
А любопытно: до какой скорости теоретически может разогнаться солнечный парусник? Ведь по мере удаления от Солнца поток солнечного излучения, приходящийся на единицу площади паруса, будет убывать пропорционально квадрату увеличения расстояния от Солнца. Соответственно будет уменьшаться и создаваемое ускорение.
Теоретически до околосветовой, всё зависит в основном от того насколько он лёгкий и большой по площади :) С практикой посложнее, но пожалуй таки более реально слетать паруснику к звезде чем ядерному звездолёту. Разгон халявный, торможение тоже... Ну и какбы надеюсь что ни с кем не случится истерика при виде бравого лица ведущего сей передачи по этой теме:
364. Е. В. Ефремова: "Солнечные паруса и космический мусор"  
https://www.youtube.com/watch?v=yJkcZGhRq5A

SONY

Цитата: german_kmw от 24.11.2022 22:28:31Резолюции генассамблеи оон не имеют силы международного закона.  В американских РИТЭГах плутоний.
РИТЭГи не являются реакторами. Использование в них плутония полностью соответствует этой резолюции. США, как минимум до сего дня, жёстко её выполняет.

SONY

Цитата: Inti от 25.11.2022 08:14:40Разгон халявный, торможение тоже...
Осталось выяснить, какой толщины защита нужна чтобы выдержать поток встречного газа на протяжении полёта...
Хотя нам повезло (ну или не повезло - разные точки зрения есть) оказаться в области с резко пониженной плотностью межзвёздного газа, всё равно эта пониженная плотность - порядка 10^5 атомов на кубический метр. Учитывая, что световой год - это примерно 10^16 метров, получаем по 10^21 столкновений на каждый квадратный метр или 10^17 на каждый квадратный сантиметр. В целом это не было бы какой-то особой проблемой, если бы не тот факт, что при скорости в 10% от световой протон будет иметь энергию 4,73 МэВ, а при 20% - уже 19,3 МэВ. Ядро гелия, второго по распространённости межзвёздного газа, будет иметь четырёхкратно большую энергию.
Ракету, которая в любом случае будет иметь сухую массу во многие тонны, а скорее - десятки тонн, можно сделать вытянутой формы с очень малым, по сравнению с внутренним объёмом, поперечным сечением, что позволит хоть толстую свинцовую плиту поставить на роль щита. Такая защита легко справится не только с какими-то там атомами, но даже и с частицами пыли. А вот как быть в случае "очень лёгкого объекта" как-то "немного" не понятно...

Diy

Цитата: SONY от 24.11.2022 20:59:29И вообще, если мы говорим про далёкое будущее, то зачем мы обсуждаем такую убогую технологию? Очевидно, что в далёком будущем будут использовать термоядерные ракетные двигатели

Межзвездный вариант термояда это еще более далекое будущее.
Кто виноват, что им светят два солнца?..

Diy

Когда с рудами урана 235 быстро возникнут проблемы, разрешат и плутоний.
Кто виноват, что им светят два солнца?..

Diy

Впрочем на резолюции ООН все ложат болт, когда не выгодны.
Кто виноват, что им светят два солнца?..

SONY

Цитата: Diy от 25.11.2022 10:21:31Межзвездный вариант термояда это еще более далекое будущее.
А можно уточнить, что у вас считается "далёким", а что - "ещё более далёким"?..
Технологии что термоядерного ракетного двигателя, что ракетного двигателя на осколках деления, при наличии запроса, могут быть созданы до конца века. Т.е. использование ядерного реактора с термоэмиссионным преобразователем, питающего плазменный или ионный двигатель, уже через сто лет будет смотреться как паровоз сейчас. Если через сто лет - это у вас "ещё более далёкое будущее", то "далёкое" - это типа 2050-е?..

Цитата: Diy от 25.11.2022 10:25:21Когда с рудами урана 235 быстро возникнут проблемы, разрешат и плутоний.
По текущим оценкам разведанных месторождений урана (нет никаких руд отдельно урана-235) хватит ориентировочно лет на сто. Т.е., см выше, к моменту исчерпания месторождений технология просто станет давно устаревшей.
К слову, помимо месторождений руд есть ещё и растворённый в мировом океане уран. Этих запасов хватит на десятки тысяч лет... Пока добыча из воды просто экономически не оправдана (из земли добывать в десятки раз дешевле), но если "кровь из носу" потребуется получить 100 кг урана-235, то потратить $100.000.000 на добычу нужного количества природного урана из воды вполне смогут.

Diy

Правильнее конечно говорить не о рудах урана 235, а о полном исчерпании изотопа.
Кто виноват, что им светят два солнца?..

Diy

А океанский уран будет не выгоден по отношению к наработке плутония в быстрых реакторах, гибридных токамаках итп. Да и экологи косо посмотрят на новые отвалы обедненного урана.
Кто виноват, что им светят два солнца?..

vlad7308

А потом закончатся запасы кремния и случится котострофа.
это оценочное суждение

vlad7308

Цитата: Diy от 24.11.2022 10:00:13межзвёздный ядерный двигатель давно сделали в СССР
Межгалактический
это оценочное суждение

Shin


SONY

#5079
Цитата: Diy от 25.11.2022 10:49:16А океанский уран будет не выгоден по отношению к наработке плутония в быстрых реакторах, гибридных токамаках итп. Да и экологи косо посмотрят на новые отвалы обедненного урана.
Именно по экологическим причинам в космосе запрещены реакторы на ином топливе, нежели высокообогащённый уран-235.

Уран-235 имеет столь огромный период полураспада (703 800 000 лет), что сам по себе он по сути безопасен.
Если уран-235 поглощает нейтрон без деления, то образуется уран-236, который тоже имеет столь длительный период полураспада (23 420 000 лет), что не представляет сколько-нибудь существенной угрозы. При поглощении ещё одного нейтрона образуется уран-237, который быстро распадается на нептуний-237, вновь имеющий большой период полураспада (2 144 000 лет), а от того не слишком опасный.
Безусловно, при делении урана-235 образуется большое количество очень активных осколков деления. Но тут обратная ситуация: самые долгоживущие изотопы, образующиеся в больших количествах - это стронций-90 и цезий-137, имеющие период полураспада около 30 лет. Через 900 лет останется менее одной миллиардной доли начального количества этих изотопов. Таким образом мы можем задать требование оставлять реактор на орбите, где он минимум 1000 лет проживёт перед падением на Землю, а далее быть спокойными, что это не вызовет серьёзного заражения.

С плутонием-239 ситуация решительно иная... Сам он имеет период полураспада в 24 110 лет - почти в сто раз короче, чем у нептуния-237 и в десятки тысяч раз короче, чем у урана-235. Т.е. уже сам плутоний-239 является опасным радиоактивным изотопом. Если он поглощает нейтрон без деления, то превращается в плутоний-240 с периодом полураспада в 6563 лет - ещё более опасный изотоп. Поглощение второго нейтрона даёт плутоний-241, который относительно быстро (за десятки лет) распадается на америций-241 с периодом полураспада 432 года.
Таким образом через тысячу лет "вылёживания" на орбите реактор будет иметь считай столько же плутония-239 и плутония-240, сколько было на момент его отключения, и америция-241 в количестве 20% от начального содержания плутния-241. Это чертовски опасно даже в условиях полного распада осколков деления! Увеличение "выдержки" даже до 10 000 лет не решает проблему принципиально: пусть америций-241 уйдёт, но на плутонии-239 это скажется не особо заметно, да и плутония-240 останется около 35% от начального количества.

По сути реактор на плутонии-239 лишь где-то через 500 000 лет станет таким же безопасным, как реактор на уране-235 через 1000 лет... Мы можем как-то прогнозировать поведение объектов в космосе на 1000 лет вперёд, но вот гарантировать, что объект не попадёт на Землю ближайшие 500 000 лет - это уже далеко за пределами наших возможностей. Потому-то реакторы на плутонии и запрещены.

P.S. решил "от нечего делать" посчитать, как при равном начальном числе атомов будет меняться активность изотопа после определённой "выдержки" в зависимости от периода полураспада:
Вы не можете просматривать это вложение.
Как видим, наиболее опасны изотопы с периодом полураспада около 70% (точнее - 69,3%) от длительности выдержки. Наибольшую опасность (активность до 1% от максимально возможной) представляют изотопы с периодами полураспада от 0,09 до примерно 200 длительностей выдержки. Изотопы с периодом полураспада менее 0,07 и более 2000 периодов выдержки можно особо не рассматривать в плане опасности, т.к. их активность будет менее 0,1% от максимально возможной.
Если брать выдержку в 1000 лет, то 70-90 лет - это самые короткоживущие изотопы, о которых нам стоит беспокоится. Плутоний-238, который используется в РИТЭГах и имеет период полураспада 88 лет, находится как раз в районе этой нижней границы. Ну а самые долгоживущие изотопы, которые нас интересуют - это до 200 000 лет. Третий делящийся изотоп - уран-233 с периодом полураспада 159 200 лет - попадает в этот промежуток, а потому его использование весьма нежелательно. Самое большее нас могут интересовать изотопы с периодом полураспада до 2 000 000 лет, далее уже заведомо "не интересно".