WikiDer > Ракета-осколок - Википедия

Fission-fragment rocket - Wikipedia

В осколочная ракета это ракетный двигатель дизайн, который напрямую использует горячую ядерную продукты деления за толкать, в отличие от использования отдельной жидкости в качестве рабочая масса. Теоретически конструкция может обеспечивать очень высокую удельный импульс при этом все еще находясь в пределах возможностей современных технологий.

Соображения по дизайну

В традиционных ядерная тепловая ракета и связанных с ними конструкций, ядерная энергия генерируется в той или иной форме реактор и используется для нагрева рабочей жидкости для создания тяги. Это ограничивает конструкцию температурой, которая позволяет реактору оставаться целым, хотя продуманная конструкция может повысить эту критическую температуру до десятков тысяч градусов. КПД ракетного двигателя во многом зависит от температуры отработанного рабочего тела, и в случае большинства современные газовые двигатели, это соответствует удельному импульсу около 7000 с язр.

Температура реактора обычной конструкции - это средняя температура топлива, подавляющее большинство которого не вступает в реакцию в любой данный момент. Атомы, подвергающиеся делению, имеют температуру в миллионы градусов, которая затем распространяется на окружающее топливо, в результате чего общая температура составляет несколько тысяч.

Из-за физического размещения топлива в виде очень тонких слоев или частиц, фрагментов ядерной реакции, они могут выкипеть с поверхности. Поскольку они будут ионизированный из-за высоких температур реакции с ними можно обращаться магнитно и направлен для создания тяги. Однако многочисленные технологические проблемы все еще остаются.

Исследование

Вращающийся топливный реактор

Концепция силовой установки осколков деления
а делящиеся нити, расположенные в виде дисков, б вращающийся вал,
c активная зона реактора, d осколки выхлопа

Дизайн Национальная инженерная лаборатория Айдахо и Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора[1] использует топливо, размещенное на поверхности ряда очень тонких углерод волокна, расположенные радиально в колесах. Колеса обычно суб-критический. Несколько таких колес были наложены друг на друга на общем валу, чтобы получился один большой цилиндр. Весь цилиндр вращался так, что некоторые волокна всегда находились в активной зоне реактора, где окружающий замедлитель делал волокна критическими. Осколки деления на поверхности волокон вырвутся наружу и направятся для создания тяги. Затем волокно выходит из реакционной зоны, чтобы охладиться и избежать плавления.

Эффективность системы удивительна; при использовании существующих материалов возможны удельные импульсы более 100 000 с. Это высокая производительность, хотя и не такая сложная с технической точки зрения. ракета на антивеществе могла бы быть достигнута, а вес активной зоны реактора и других элементов снизил бы общую производительность системы осколков деления. Тем не менее, система обеспечивает такие уровни производительности, которые сделали бы возможной миссию межзвездного предшественника.

Пыльная плазма

Реактор с плазменным слоем пыли
А осколки деления выброшены для движения
B реактор
C осколки деления замедлились для выработки электроэнергии
d модератор (BeO или LiH), е генератор поля защитной оболочки, ж Индукционная катушка RF

Новое предложение по конструкции, предложенное Родни Л. Кларком и Робертом Б. Шелдоном, теоретически увеличивает эффективность и одновременно снижает сложность ракеты осколков деления по сравнению с предложением о вращающемся волоконном колесе.[2] В их дизайне наночастицы делящегося топлива (или даже топлива, которое будет естественным радиоактивным распадом) хранится в вакуумной камере при условии осевой магнитное поле (действуя как магнитное зеркало) и внешний электрическое поле. Как наночастицы ионизировать когда происходит деление, пыль становится взвешенной внутри камеры. Невероятно большая площадь поверхности частиц упрощает радиационное охлаждение. Осевое магнитное поле слишком слабое, чтобы влиять на движение частиц пыли, но достаточно сильное, чтобы направить осколки в пучок, который можно замедлить для получения энергии, позволить испускать для тяги или их комбинации. При скорости истечения 3–5% скорости света и КПД до 90% ракета должна иметь возможность развивать скорость более 1000000 с. язр.

Am 242m в качестве ядерного топлива

В 1987 году Ронен и Лейбсон [3][4] опубликовал исследование по применению 242 кв.м.Am (один из изотопы америция) в качестве ядерного топлива для космические ядерные реакторы, отмечая его чрезвычайно высокую термическое сечение и плотность энергии. Ядерные системы на базе 242 кв.м.Мне требуется в 2-100 раз меньше топлива по сравнению с обычным ядерное топливо.

Ракета осколочного деления с использованием 242 кв.м.Am был предложен Джордж Чаплин[5] в LLNL в 1988 году, который предложил двигательную установку, основанную на прямом нагреве порохового газа осколками деления, образованными делящимся материалом. Ронен и др.[6] продемонстрировать, что 242 кв.м.Am может поддерживать устойчивое ядерное деление в виде чрезвычайно тонкой металлической пленки, толщиной менее 1/1000 миллиметра. 242 кв.м.Am требуется только 1% массы 235U или 239Pu до критического состояния. Группа Ронена в Университет Бен-Гуриона в Негеве далее показал, что ядерное топливо на основе 242 кв.м.Am может разогнать космические аппараты от Земли до Марса всего за две недели.[7]

242 кв.м.Am как ядерное топливо вытекает из того факта, что оно имеет самое высокое сечение теплового деления (тысячи сараи), примерно в 10 раз больше следующего по величине поперечного сечения по всем известным изотопам.242 кв.м.Я делящийся (потому что у него нечетное количество нейтроны) и имеет низкий критическая масса, сравнимо с 239Пу.[8] [9]Имеет очень высокий поперечное сечение на деление, а если в ядерном реакторе разрушается относительно быстро. Другой отчет утверждает, что 242 кв.м.Am может выдерживать цепную реакцию даже в виде тонкой пленки и может быть использован для нового типа ядерная ракета.[6][10][11][12]

Поскольку термический сечение поглощения из 242 кв.м.Am очень высокий, лучший способ получить 242 кв.м.Am по захвату быстрый или же эпитермальный нейтроны в Америций-241 облученный в быстрый реактор. Тем не мение, реакторы на быстрых нейтронах недоступны. Детальный анализ 242 кв.м.Производство в существующих PWR был предоставлен в.[13] Распространение сопротивление 242 кв.м.Am сообщил Карлсруэ технологический институт Исследование 2008 года.[14]

В 2000 г. Карло Руббиа в ЦЕРН далее расширил работу Ронена [15] и Чаплин[16] на осколочной ракете с использованием 242 кв.м.Я как топливо.[17] Проект 242[18] на основе дизайна Rubbia изучил концепцию 242 кв.м.Тонкопленочный фрагмент деления на основе Am с подогревом NTR[19] за счет прямого преобразования кинетической энергии осколков деления в увеличение энтальпии порохового газа. Проект 242 изучал применение этой двигательной установки в пилотируемой миссии на Марс.[20] Предварительные результаты были очень удовлетворительными, и было замечено, что двигательная установка с такими характеристиками может сделать миссию выполнимой. Другое исследование было сосредоточено на производстве 242 кв.м.Занимаюсь обычными тепловыми ядерными реакторами.[21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Chapline, G .; Dickson, P .; Шницлер, Б. Ракеты с осколками деления - потенциальный прорыв
  2. ^ Clark, R .; Шелдон, Р. Ядерный реактор с осколками деления на основе пыльной плазмы Американский институт аэронавтики и астронавтики. 15 апреля 2007 г.
  3. ^ Ронен, Игаль и Мелвин Дж. Лейбсон. «Пример потенциального применения америция-242m в качестве ядерного топлива». Пер. Israel Nucl. Soc. 14 (1987): V-42.
  4. ^ Ронен, Игаль и Мелвин Дж. Лейбсон. «Возможное применение 242mAm в качестве ядерного топлива». Ядерная наука и инженерия 99.3 (1988): 278-284.
  5. ^ Чаплин, Джордж. «Концепция ракеты осколков деления». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование 271.1 (1988): 207-208.
  6. ^ а б Ронен, Игаль; Швагераус, Э. (2000). «Ультратонкие тепловыделяющие элементы 241mAm в ядерных реакторах». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 455 (2): 442–451. Bibcode:2000НИМПА.455..442Р. Дои:10.1016 / s0168-9002 (00) 00506-4.
  7. ^ «Чрезвычайно эффективное ядерное топливо может доставить человека на Марс всего за две недели» (Пресс-релиз). Университет Бен-Гуриона в Негеве. 28 декабря 2000 г.
  8. ^ «Расчет критической массы для 241Являюсь, 242 кв.м.Я и 243Являюсь" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 22 июля 2011 г.. Получено 3 февраля 2011.
  9. ^ Людвиг, Х. и др. «Проектирование реакторов со слоем частиц для программы космических ядерных тепловых двигателей». Прогресс в ядерной энергии 30.1 (1996): 1-65.
  10. ^ Ронен Ю. и Г. Райцес. «Ультратонкие тепловыделяющие элементы 242 мАм в ядерных реакторах. II». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование 522.3 (2004): 558-567.
  11. ^ Ронен, Игаль, Менаше Абуди и Дрор Регев. «Новый метод производства энергии с использованием 242 м Am в качестве ядерного топлива». Ядерные технологии 129.3 (2000): 407-417.
  12. ^ Ронен Ю., Фридман Э., Швагераус Э. «Самый маленький тепловой ядерный реактор». Ядерная наука и инженерия 153.1 (2006): 90-92.
  13. ^ Голянд, Леонид, Игаль Ронен, Евгений Швагераус. «Рабочий проект размножения 242 м Am в реакторах с водой под давлением». Ядерная наука и инженерия 168.1 (2011): 23-36.
  14. ^ Кесслер, Г. «Устойчивость к распространению америция, происходящего из отработавшего облученного реакторного топлива реакторов с водой под давлением, быстрых реакторов и систем, управляемых ускорителем, с различными вариантами топливного цикла». Ядерная наука и инженерия 159.1 (2008): 56-82.
  15. ^ Ронен1988
  16. ^ Чаплин 1988
  17. ^ Руббиа, Карло. Нагрев осколков деления для космических двигателей. № SL-Note-2000-036-EET. ЦЕРН-SL-Примечание-2000-036-EET, 2000.
  18. ^ М. Аугелли, Г. Ф. Биньями и Г. Гента. «Проект 242: прямой нагрев осколков деления для космических двигателей. Синтез программ и приложения к исследованию космоса». Acta Astronautica 82.2 (2013): 153-158.
  19. ^ Дэвис, Эрик В. Продвинутое исследование двигательной установки. Метрики Warp Drive Metrics, 2004.
  20. ^ Чезана, Алессандра и др. «Некоторые соображения по производству 242 м Ам в тепловых реакторах». Ядерная технология 148.1 (2004): 97-101.
  21. ^ Benetti, P., et al. «Производство 242mAm». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование 564.1 (2006): 482-485.

Это неправильно, ядерная трансмутация остановила все это