ЯРД на жидком топливе

[Капитан Бутан]

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?

Затвердеет если температура стенки ниже температуры плавления карбида. А если выше то нет. Карбид UC₂ плавится примерно при 2700К.  Думаю можно сделать на стенке напыление из, скажем, оксида тория. Толщина напыления например 0,5мм. Такой слой будет достаточно прозрачным, но при этом достаточно толстым чтобы внутри него происходил значительный перепад температур. Например от 2000К до 3000К.
Есть ещё один момент: водород снаружи тепловыделяющих стержней должен "видеть" именно горячий карбид, а не тот что у стенки и едва расплавлен. Нужно добиваться малой толщины пограничного пристеночного слоя в расплаве. Надо чтобы этот слой был достаточно тонким для того, чтобы пропускать через себя излучение горячей сердцевины стержня. Возможно из этих соображений придётся перейти на оксид урана вместо карбида. Карбид чёрный а оксид белый
UP. Оказалось что оксид тоже чёрный))

[Капитан Бутан]

Оксид урана менее термически стабилен чем карбиды. Но оксид небезнадёжен, его можно стабилизировать под давлением кислорода. Модели показывают что 4500К вполне рабочая температура, давление кислорода не слишком велико.
Вот нитрид, к сожалению, безнадёжен. Начинает разлагаться уже при 2000К, а при 4500К потребуются сотни атмосфер азота чтобы стабилизировать нитрид

[blik]

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.

Слой карбида урана толщиной 0,5 мм блокирует  99,999% теплового излучения тела с температурой 4000 К. С максимумом излучения 725 нм. Обладает металлической проводимостью. Скин слой <1мкм.

[Капитан Бутан]

Слой карбида урана толщиной 0,5 мм блокирует  99,999% теплового излучения тела с температурой 4000 К. С максимумом излучения 725 нм. Обладает металлической проводимостью. Скин слой <1мкм.

Хорошее замечание! Значит берём оксид

[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?

Затвердеет если температура стенки ниже температуры плавления карбида. А если выше то нет. Карбид UC₂ плавится примерно при 2700К.  Думаю можно сделать на стенке напыление из, скажем, оксида тория. Толщина напыления например 0,5мм. Такой слой будет достаточно прозрачным, но при этом достаточно толстым чтобы внутри него происходил значительный перепад температур. Например от 2000К до 3000К.
Есть ещё один момент: водород снаружи тепловыделяющих стержней должен "видеть" именно горячий карбид, а не тот что у стенки и едва расплавлен. Нужно добиваться малой толщины пограничного пристеночного слоя в расплаве. Надо чтобы этот слой был достаточно тонким для того, чтобы пропускать через себя излучение горячей сердцевины стержня. Возможно из этих соображений придётся перейти на оксид урана вместо карбида. Карбид чёрный а оксид белый
UP. Оказалось что оксид тоже чёрный))

В проекте американского реактора, который вы критиковали в своем первом сообщении, хорошо просматривается логика тепловых процессов. Насколько я понял, на рисунке 3 изображен процесс, где  холодный водород подается снаружи для охлаждения, затем водород просачивается сквозь пористую стенку в уран, барботирует в жидком уране, нагреваясь до 5500 К в центральной полости, откуда истекает в сопло.  Распределение температур вдоль радиуса соответствует физическим ограничениям на материалы реактора. Было бы хорошо, если бы вы изобразили подобный эскиз для вашего варианта реактора. 

[Капитан Бутан]

В проекте американского реактора, который вы критиковали в своем первом сообщении, хорошо просматривается логика тепловых процессов.

Логика просматривается, но не возможность изготовить данный аппарат в железе. Это сугубо теоретическая конструкция

Насколько я понял, на рисунке 3 изображен процесс, где  холодный водород подается снаружи для охлаждения, затем водород просачивается сквозь пористую стенку в уран, барботирует в жидком уране, нагреваясь до 5500 К в центральной полости, откуда истекает в сопло.

Всё верно. И теплообен водорода с 5500К-ураном посредством тепплопроводности и конвекции, очень эффективный процесс и не требует никакого зачернения. Да, это намного лучше чем то что у меня. Но это НЕ заработает. Потому что при 5500К у урана очень высокое давление паров, а внутренняя полость открыта наружу (водород вылетает через сопло). Будет сильнейшее испарение урана, а с учётом времени работы ЯРД, измеряемом часами, весь уран исчерпается непозволительно быстро. Да и кроме испарения будет капельный унос жидкого урана, ещё более быстрый

[Капитан Бутан]

Распределение температур вдоль радиуса соответствует физическим ограничениям на материалы реактора. Было бы хорошо, если бы вы изобразили подобный эскиз для вашего варианта реактора. 

Ага, надо сделать. Честно говоря я пока застрял на выборе ядерного топлива. Оксид урана тоже оказался проводником! При низкой температуре полупроводник, с 1200К проводимость быстро растёт. Что там будет при 4000-4500К я пока не узнал

[Капитан Бутан]

Дисилицид урана тоже не оправдал надежд - металлическая проводимость. Как и монофосфид. У дисульфида и диоксида полупроводниковые свойства. А галлогениды не подойдут потому что низкокипящие...как будто тупик

[AlexV]

Дисилицид урана тоже не оправдал надежд - металлическая проводимость. Как и монофосфид. У дисульфида и диоксида полупроводниковые свойства. А галлогениды не подойдут потому что низкокипящие...как будто тупик

Гм... А если на экзотику посмотреть. Скажем, торий-229 (не природный торий-232, а искусственный изотоп 229-й изотоп с периодом прлураспада 7300 лет) поддерживает цепную реакцию. А в плане оптических свойств диоксид тория, в отличии от диоксида урана, имеет высокую прозрачность во всем спектральном диапазоне теплового излучения с интересующей температурой.

Правда нарабатывать значительные количества тория-229 довольно непросто.

[Капитан Бутан]

Если это действительно тупик, то верхняя граница температуры у нас будет определяться температурой плавления самого тугоплавкого оксида - оксида тория. Он будет излучать, а не уран. А это не так и много, 3600K. Зачернённый водород нагреется максимум до 3500К, а УИ зачернённого водорода ниже чем УИ чистого водорода...идея проваливается...
Надо, надо искать прозрачное ядерное топливо

[Капитан Бутан]

Гм... А если на экзотику посмотреть. Скажем, торий-229 (не природный торий-232, а искусственный изотоп 229-й изотоп с периодом прлураспада 7300 лет) поддерживает цепную реакцию

Хорошо бы, да где ж его возьмёшь? Единственный практически достижимый способ понижать массовое число ядра это реакции (n,2n) и (n,3n). Даже для n,2n нужны очень быстрые нейтроны - не 1МэВ и не 4Мэв а 9-15МэВ, такой диапазон. Для n,3n так и вовсе 20-30МэВ. Такие нейтроны можно получать на ускорителе в реакции скалывания. Ну и много вы получите готового продукта на ускорителе-то? Не сработает, увы. Тем более чтобы от тория-232 добраться до тория-229 нужна не одна реакция n,2n а три. Или n,3n а потом n,2n. Этот способ непрактичен

Правда нарабатывать значительные количества тория-229 довольно непросто.

отож!

[Капитан Бутан]

Всё-таки способ есть: отделить изотоп-230, которого в тории 0,02% и облучать уже его.
1. 230Th(n,2n)229Th
и
2. 230Th(n,3n)228Th
    228Th(n,y)229Th (реакция на тепловых нейтронах)

Для первой реакции можно использовать самый быстрым хвост спектра в обычном энергетическом реакторе. Для n,3n нужен ускоритель. Насколько я знаю быстрый хвост более быстрый не в быстрых реакторах, а как раз в тепловых. Вот на РБМК и можно получать...
Цена будет высокая, но хотя бы это более-менее реально. Если конечно решить вопрос с отделением изотопа 230Th. Сходу не могу назвать достаточно летучих соединений тория, возможно гидрид под разрежением при 150°С подойдет, или хлорид-бромид-йодид под разрежением и при 900К

[Капитан Бутан]

Как выяснилось 229Th может делиться только быстрыми нейтронами, поэтому его критическая масса велика. С учётом распределения по топливным стержням крит. масса ещё вырастет. Похоже нам потребуется загрузить 4-5 тонн ториевых соединений просто чтобы начать реакцию. И ещё запас на выгорание. Это должен быть очень мощный ЯРД с тягой десятки тонн, а весить он будет 20-30 тонн. Ну такое...идея опять начинает рассыпаться.
А протактиний-231 не делится, нептуний по свойствам похож на уран. Что ж такое...

[Капитан Бутан]

Кажется само Мироздание против подобного двигателя

[Капитан Бутан]

Я придумал способ как решить проблему. Теперь топливо может быть любым, привязка к оптическим свойствам снимается. Но к сожалению потребуется много электричества, а тепловая нагрузка на прозрачные стенки сильно возрастёт. Это существенное отклонение от первоначального плана. Признаю исходную идею нежизнеспособной.