ЯРД на жидком топливе

[Капитан Бутан]

Кто я такой вы уже знаете. Поэтому пришло время обсудить мою очередную "прорывную" концепцию. Обычный твердофазный ЯРД морально устарел, его удельный импульс низкий и неубедительный. Нам нужен более горячий ЯРД. Но газофазные ЯРД это плохой тон, ненаучная фантастика уровня солёной ракеты Зубрина (детонация на тепловых нейтронах у Зубрина не сработает).
Остаётся жидкая фаза! Это уровень температур 4000-5000К, вполне достаточно чтобы поднять удельный импульс до 1500сек и больше. На Западе имеется идея жидкофазного ЯРД с жидким ураном при 5500К - "Centrifugal Nuclear Thermal Rocket" (CNTR). Это громоздкая конструкция в которой ТВС это вращающиеся трубки с жидкостью, а через жидкость барботируется водород. Мне это совсем не нравится ни концептуально ни эстетически, это нерабочая лажа уровня капельных радиаторов. Ещё у них там будет система возврата паров урана (у урана при 5500К давление паров несколько атмосфер)...ну то есть совсем бред. Схема CNTR на картинке

Предлагаю вместо всего этого старый добрый твердофазный ЯРД с жидким ядерным топливом. Схема как в газофазных ЯРД типа Nuclear bulb: ТВС это прозрачные стержни с двойной стенкой и проточным охлаждением (как у камеры сгорания ЖРД).
Внутри стержня вместо газа с высоким давлением (как в газофазных ЯРД) - расплав ядерного топлива с низким давлением. Проточное охлаждение водородом не даёт оболочке стержня раплавиться, при этом оболочка пропускает изнутри наружу излучение от жидкого топлива. Излучение нагревает водород. Водород мы зачерняем сажей. Жидкое топливо - карбид урана UC₂. По такой схеме можно нагреть водород до 4000К или даже чуть выше
Предложения? Замечания?

[cross-track]

ТВС это прозрачные стержни с двойной стенкой

А из чего сделаны эти прозрачные стержни?

[Dulevo]

Нет материалов, которые остаются прозрачными  при таких температурах,
Кварц (fused silica) размягчается/теряет прозрачность при ~1400–1700°C, не выдержит 3000+ K даже с охлаждением.
Облучение вызывает почернение (radiation-induced absorption)
Даже лучшие карбиды/керамика (SiC, ZrC) не прозрачны в нужном диапазоне.

"прозрачные ядерные лампы" десятилетиями остаются на бумаге именно по этим причинам.

Запуск/выключение: как расплавлять/замораживать топливо без разрушения стержней?

Масса: многослойные прозрачные ТВС будут тяжелее простых карбидных стержней.

Предлагаемая схема добавляет сложности с прозрачностью без явных преимуществ над centrifugal liquid-core.

Это будет сложнее и тяжелее, чем классический liquid-core с центробежным удержанием

[Капитан Бутан]

ТВС это прозрачные стержни с двойной стенкой

А из чего сделаны эти прозрачные стержни?

В оригинальной идее "ядерной лампы" nuclear bulb это кварцевое стекло. Я думаю можно делать и из тугоплавких оксидов белого цвета, типа оксида тория. Стенки будут достаточно тонкие чтобы пропускать большую часть излучения, не обязательно добиваться полной прозрачности. Конкретный выбор материала - по результатам испытаний на совместимость с жидким карбидом кремния

[Капитан Бутан]

Нет материалов, которые остаются прозрачными  при таких температурах,
Кварц (fused silica) размягчается/теряет прозрачность при ~1400–1700°C, не выдержит 3000+ K даже с охлаждением.

Я же написал - двойная стенка с проточным охлаждением как у камеры ЖРД. В камере ЖРД температура 3500К и стенки абсолютно непрозрачные, всё излучение идёт в стенки и тем не менее стенки прекрасно охлаждаются!
У нас стенки по-большей части прозрачные, излучение идёт мимо, тепловая нагрузка на стенку если и будет выше, то не не порядок

[Капитан Бутан]

Облучение вызывает почернение (radiation-induced absorption)

Нет не вызывает. При высоких температурах происходит отжиг радиационных дефектов и они исчезают. Помутнение будет при низких температурах (1000-1500К)

Запуск/выключение: как расплавлять/замораживать топливо без разрушения стержней?

А с чего бы им разрушаться? 

[Капитан Бутан]

Предлагаемая схема добавляет сложности с прозрачностью без явных преимуществ над centrifugal liquid-core.

Это будет сложнее и тяжелее, чем классический liquid-core с центробежным удержанием

Я тут типа должен дискутировать с ИИ? Нет, я этого делать не буду, мне нужен живой собеседник

[vlad7308]

Если уж поверить в light bulb гфярд, так лучше и оставаться с гфярд. Там хоть без сажи в водороде можно обойтись )

[Капитан Бутан]

Если уж поверить в light bulb гфярд, так лучше и оставаться с гфярд. Там хоть без сажи в водороде можно обойтись )

Так ведь нельзя)) Водород прозрачный и сам по себе не поглощает ни ИК ни видимый свет ни ближний ультрафиолет. А зачернение будет работать до 6000К максимум, при этом газофазисты фантазируют про 20-30 тысяч градусов. Говорю же, газофазный ЯРД это ненаучная фантастика. И это даже не учитывая что газ в колбе должен быть под давлением, иначе плотности не хватит для критической массы при разумном объёме активной зоны. Газ под давлением при 20000К ага, верю

[Дем]

Газ под давлением при 20000К ага, верю

Это уже плазма а её можно магнитным полем удерживать

[vlad7308]

Если уж поверить в light bulb гфярд, так лучше и оставаться с гфярд. Там хоть без сажи в водороде можно обойтись )

Так ведь нельзя)) Водород прозрачный и сам по себе не поглощает ни ИК ни видимый свет ни ближний ультрафиолет

Идея light bulb гфярд как раз основана на поглощении водородом жесткого УФ. Да, температура излучателя должна быть 25-30 тысяч К. Зато без сажи 

[blik]

ТВС это прозрачные стержни с двойной стенкой

А из чего сделаны эти прозрачные стержни?

В оригинальной идее "ядерной лампы" nuclear bulb это кварцевое стекло. Я думаю можно делать и из тугоплавких оксидов белого цвета, типа оксида тория. Стенки будут достаточно тонкие чтобы пропускать большую часть излучения, не обязательно добиваться полной прозрачности. Конкретный выбор материала - по результатам испытаний на совместимость с жидким карбидом кремния

1. при 4000К карбид урана частично испаряется
2. на охлаждаемых стенках будет осаждаться карбид урана, прощаемся с теплопередачей излучением 

[cross-track]

ТВС это прозрачные стержни с двойной стенкой

А из чего сделаны эти прозрачные стержни?

В оригинальной идее "ядерной лампы" nuclear bulb это кварцевое стекло. Я думаю можно делать и из тугоплавких оксидов белого цвета, типа оксида тория. Стенки будут достаточно тонкие чтобы пропускать большую часть излучения, не обязательно добиваться полной прозрачности. Конкретный выбор материала - по результатам испытаний на совместимость с жидким карбидом кремния

А газообразный водород с сажей с какой скоростью прокачивается? И какой предполагается массовый поток этого газа, чтобы обеспечить перекачку тепла?

[Капитан Бутан]

А газообразный водород с сажей с какой скоростью прокачивается?

С той, какая получится по расчёту

какой предполагается массовый поток этого газа, чтобы обеспечить перекачку тепла?

Поток газа такой, чтобы газ на выходе нагревался до нужной температуры

[Капитан Бутан]

Это уже плазма а её можно магнитным полем удерживать

Нет нельзя, даже на английской википедии в статье про газофазный ЯРД написано что нужно много Тесла, а это сверхпроводники по соседству с активной зоной (невозможно сделать). Тут и без википедии понятно что при тех давлениях что должны быть в газофазном ЯРД - сотни атмосфер - никакую плазму удержать не выйдет

[Капитан Бутан]

при 4000К карбид урана частично испаряется

Что значит "испаряется"? Вода при +20°С тоже испаряется, вы что же говорите что воду нельзя хранить в стенлянной трубке?
Есть температура кипения, она соответствует давлению паров 1 атм. Температура кипения карбидов урана 4300-4700К, кто как оценивает. Карбид циркония кипит при 5400К, смешанный карбид урана-циркония, надо полагать, где-то посередине.
А 1 атм это разумная, реалистичная величина. Даже 10 атм это всё ещё реалистичная величина. Вот 100атм уже слишком много, это уже фантазии. А для газофазного реактора нужны СОТНИ атмосфер

[Капитан Бутан]

Идея light bulb гфярд как раз основана на поглощении водородом жесткого УФ. Да, температура излучателя должна быть 25-30 тысяч К. Зато без сажи 

Действительно
Даже 

[cross-track]

Стенка (двойная стенка, или оболочка) охлаждается проточным водородом. Но эта же стенка контактирует с расплавом ядерного топлива. При контакте расплавленного топлива с "холодной" стенкой топливо не затвердеет?

[blik]

при 4000К карбид урана частично испаряется

Что значит "испаряется"? Вода при +20°С тоже испаряется, вы что же говорите что воду нельзя хранить в стенлянной трубке?
Есть температура кипения, она соответствует давлению паров 1 атм. Температура кипения карбидов урана 4300-4700К, кто как оценивает. Карбид циркония кипит при 5400К, смешанный карбид урана-циркония, надо полагать, где-то посередине.
А 1 атм это разумная, реалистичная величина. Даже 10 атм это всё ещё реалистичная величина. Вот 100атм уже слишком много, это уже фантазии. А для газофазного реактора нужны СОТНИ атмосфер

осаждение карбида урана на стенках и прекращение лучистого переноса проигнорировали?

[Капитан Бутан]

осаждение карбида урана на стенках и прекращение лучистого переноса проигнорировали?

Почему прекращение? Карбид урана чёрный, но в тонком слое просвечивать будет. Не вижу причин почему мы не сможем добиться толщины пограничного слоя 0,5мм например.