proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Акция! Подписка на журнал и еженедельник плюс реклама
  Агентство  ПРоАтом. 22 года с атомной отраслью!              
www.proatom.ru :: Просмотр тeмы - Уран 238 и межпланетные полёты.
 FAQFAQ   ПоискПоиск   ГруппыГруппы   ПрофильПрофиль   Войти и проверить личные сообщенияВойти и проверить личные сообщения   ВходВход 





Уран 238 и межпланетные полёты.

 
Начать новую тeму   Ответить на тeму    Список форумов www.proatom.ru -> Наука
Предыдущая тeма :: Следующая тeма  
Автор Сообщение
Боцман
Гость





СообщениеДобавлено: Вт Dec 16, 2008 2:17 pm    Заголовок сообщения: Уран 238 и межпланетные полёты. Ответить с цитатой

Уран 238 и космические полёты.

Экспансию человечества в Космос тормозит отсутствие планетарных кораблей -межпланетных крейсеров, предназначенных для перемещения с высокой скоростью между планетами Солнечной системы людей и грузов. Межпланетные крейсеры будут строиться на орбите, как и орбитальные станции, и не предназначены для посадки на планеты. Для посадок и стартов с планет будут использоваться разные челноки. Для реального освоения всей Солнечной системы скорость межпланетных крейсеров должна достигать 5000 км/сек.
Собственная масса таких кораблей может варьироваться от нескольких сотен до тысяч тонн. Что разгонит такую махину до нужных скоростей? Тяга двигателя зависит от удельного импульса, а конкретно от скорости истечения рабочего тела и его расхода по массе. Скорость истечения зависит от нагрева рабочего тела. Конечная скорость корабля – от продолжительности тяги. Положим, что топливо и рабочее тело – обеднённый изотопом 235 уран 238. Уран 238 в качестве рабочего тела вне конкуренции, как самый массивный естественный элемент. Плотность 19,4 г/см3. Это означает, что велик расход по массе при незначительном изменении объёма. Ядерная реакция деления ядер урана 238 сверхбыстрыми /14 МэВ/ нейтронами для нагрева весьма эффективна. Уран 238 есть самая эффективная биологическая защита от жёстких излучений. Запасов обеднённого изотопом 235 урана,как побочного продукта в результате работ промышленности по извлечению изотопа 235, накоплено много более 1000000 тонн.
Возможны две схемы устройства такого двигателя.
Естественно, что понадобится дополнительный источник энергии на корабле. Как вариант, можно рассмотреть реактор на 242m Am. Для справки – критическая масса этого изотопа составляет порядка 6 граммов. Сам двигатель собирается на орбите и там же отлаживается. Это хорошая альтернатива термоядерному двигателю на основе ТОКОМАКА. Покажем, что создание двигателя на уране 238 вполне целесообразно и возможно. Согласно данным физики U 238 действительно будет делиться быстрыми нейтронами с энергией больше 1,4 МэВ. Следуя теории ядерных реакторов, если бы нам удалось создать реактор, заполненный нейтронами с энергиями в пределах 12-14,5 МэВ, то коэффициент размножения в бесконечной среде(без учёта утечки) составил бы в нём
Kinf = 4,515*1,0567/(1,0567+0,0014) = 4,51.
Но проблема среды из 238U заключается не в захватах нейтронов. На ядре 238U идёт неупругое рассеяние, характеризующееся огромной потерей энергии нейтронов (фактически, с одного акта нейтрон улетает ниже порога деления). Сечение неупругого рассеяния в рассматриваемой группе равно 0,6509 барнам. Тогда можно переписать Kinf = 4,515*1,0567/(1,0567+0,0014+0,6509) = 2,75.
С учётом реакции (n,2n) Kinf = 4,515*1,0567/(1,0567+0,0014+0,6509+1,1234) = 1,69.
Полученный результат пока (!!!) выглядит приемлемым. Следует вспомнить о упругом рассеянии, чьё сечение в рассматриваемом диапазоне равно 2,7656 барн. В этой группе энергий упругое рассеяние не приведёт к немедленному выходу нейтрона за порог деления ,а скорее закончится делением или реакцией (n,2n)/ в этой группе энергий сечение реакции (n,2n) равно 1,1234 барн/, которая .как и деление, переведёт нейтрон в следующую группу энергий (6,5-10,5 МэВ) с удвоением . Там показатели для U 238 хуже:
Сечение деления 238U = 0,9423 барна.
Сечение захвата 238U = 0,0056 барна.
Число нейтронов в акте деления = 3,3499.
Сечение неупругого рассеяния 238U = 2,000 барна.
В этой группе Kinf = 3,499*0,9423/(0,9423+0,0056+2,000) = 1,12.
Но теперь следует вспомнить о упругом рассеянии, чьё сечение в рассматриваемом диапазоне равно 3,5013 барн. Конечно, упругое рассеяние не приведёт к немедленному выходу нейтрона за порог деления, но зато оно почти наверняка переведёт нейтрон в следующую группу энергий (4,0-6,5 МэВ). А там показатели для 238U уже намного хуже:
Сечение деления 238U = 0,5733 барна.
Сечение захвата 238U = 0,0107 барна.
Число нейтронов в акте деления = 3,1036.
Сечение неупругого рассеяния 238U = 2,5972 барна.
В этой группе Kinf = 3,1036*0,5733/(0,5733+0,0107+2,5972) = 0,56.
В расчетах Kinf есть погрешность. Не учтено сечение (n,2n). Оно немного поднимет Kinf в начале, но не решает проблемы .СЦР нет! Цепная реакция деления затухает.
Так что Самоподдерживающейся Цепной Реакции/ СЦР/ в 238 U организовать не удастся!!!
А нужно ли это? Обратимся к недавнему прошлому. Энергия комбинированной термоядерной бомбы СЛОЙКА /СССР/ есть на 80% результат деления ядер урана 238 потоком сверхбыстрых нейтронов 14,1 МэВ. В бомбе во время основного взрыва нейтроны на выходе термоядерной реакции дейтерий +тритий имеют энергию порядка 14 ,1 МэВ ,и уран 238 присутствует в виде уплотнённой плазмы. В бомбе СЛОЙКА делятся ядра сжатого урана 238 плотным потоком нейтронов с энергией 14 МэВ. Нет там СЦР! У нас аналогичные условия. Поэтому речь вообще не может идти о СЦР в бесконечной среде урана 238! А вообще речь идёт о вынужденном делении порций урана 238 потоком сверхбыстрых нейтронов и выделяющейся при этом энергии. Имеет смысл определение среднего выделения энергии от одного нейтрона с энергией 14 МэВ в мишени из урана 238, и параметры среды, где происходит это выделение, а также определение средних затрат энергии на получение такого нейтрона и способов его получения. Ответ на это дают труды сотрудников института им. Келдыша, работающих над созданием электростанции на основе инерционного термоядерного синтеза.
Из этих работ следует, что имеет смысл говорить о некотором продлении затухающей цепной реакции деления ядер в уране 238 за счёт его быстрого безударного сжатия, и соответствующего увеличения выделения энергии. Оценим согласно данным из этих работ длину цепи реакции деления U238 на быстрыми нейтронами, основываясь на данных о спектре деления с учетом сдвига его в быструю область. От одного первичного нейтрона с энергией 14 МэВ получается в среднем 2,4 быстрых нейтрона с энергией около 7 МэВ. Каждый из них порождает в среднем еще 1,5 быстрых нейтрона с энергией около 4,5 МэВ. В свою очередь, эти нейтроны дают еще 1,1 нейтронов с энергией в окрестности пика спектра деления, после чего (в четвертом поколении) количество вторичных нейтронов, способных вызвать деление U238, становится меньше 1 и цепная реакция затухает. С учетом уменьшения сечения деления вблизи порога получается приблизительно 3 поколения нейтронов деления с выделением энергии 170 МэВ (осколки ядра и гамма кванты) на деление. Не реактор с СЦР это ,а реактивный двигатель с вынужденной ядерной реакцией деления - разогрева рабочего тела-топлива! Возможно также создание двигателя по схеме в работе (2). Драйвер/ускоритель/ тяжёлых ионов легко реализуем в космическом пространстве. Замечу, что предлагаемый в работах (2 и 1) драйвер необходим для работы электростанции на 1500 Мега ватт электрической мощности и даёт разовое вложение в мишень порядка 12 мега джоулей при коэффициенте усиления в мишени порядка 60. Необходимо разработать вопрос возможности пропорционального уменьшения вложенной и полученной энергии с сохранением значения коэффициента усиления. Необходимо организовать подачу мишеней с пушерами в камеру сгорания и точное позиционирование их там. Это не простая проблема !Но в целом двигатель получается более простым по конструкции и работающим только в пульсирующем режиме. Однако возрастают расходы на производство топливных мишеней с дейтерий – тритиевыми пушерами в оболочке из урана 238 ,и использование платины или другого тяжёлого элемента для создания потока тяжёлых ионов в драйвере.
Пояснения для не читавших статью (1):
1) пушер - заряд дейтерия + трития, окружённый слоем урана 238.
2)мишень - свинцовый цилиндрик в котором находится пушер.
3)Драйвер - ускоритель тяжёлых ионов, формирующий пучок ионов цилиндрической формы, создающий в свинцовой оболочке мишени быстрое кумулятивное сжатие. вызывающее термоядерную реакцию дейтерия + трития и последующее деление нейтронами с энергией 14,1 МэВ урана 238. То есть получается взрыв микро аналога водородной бомбы СЛОЙКА.
Кратко опишем содержание концепции гибридной ядерной двигательной установки, следуя (1). Предполагается, что можно построить мощный тяжелоионный ускоритель, позволяющий ускорять однозарядные ионы тяжелых металлов до энергии ~500 МэВ/на нуклон (100 ГэВ/на ядро). Пучок ионов облучает кольцевой слой (абсорбер) с торца цилиндрической мишени, на оси которой находится термоядерное топливо (эквимолярная смесь DT), окруженное тонкой оболочкой из U-238, работающей одновременно как пушер. Мишени инжектируются в камеру, где происходит микровзрыв, с частотой 2 Гц. Мощность пучка профилируется по времени так, чтобы вложение энергии в абсорбер обеспечило бы безударное сжатие топлива . После необходимого сжатия DT-топливо зажигается и окружающий его слой урана начинает делиться под действием термоядерных нейтронов.
Численные эксперименты и аналитические оценки показали, что энергетический вклад от деления может превосходить энергию термоядерного синтеза DT-смеси. Под действием термоядерных нейтронов в уране возникает короткая (при достаточно сильном сжатии до трех поколений) цепочка реакций деления, существенно повышается давление и происходит дополнительное сжатие DT-смеси. Это приводит к более полному выгоранию термоядерного топлива, что, в свою очередь, увеличивает выход нейтронов для поддержки реакций деления в активном слое. В зависимости от масс слоев мишени и степени ее сжатия возможна утилизация от 2 % до 18 % урана. Таким образом, реакции синтеза и деления в гибридной мишени усиливают друг друга. Отметим, что, используя в качестве пушера делящиеся вещества, можно достигнуть состояния критичности, что позволит значительно усилить выделение энергии в мишени. По сравнению с лазерным термоядерным синтезом процесс более предсказуем и выгоден по выходу энергии/значительно больше выделенной энергии на затраченную и больше стабильности/,да и конструкция реактора проще. По этому проекту электростанцию строить собираются на Земле. Использование мишени с пушерами в урановой оболочке и драйвера заметно упрощает устройство двигателя.
Возможна ещё одна схема двигателя межпланетного крейсера:
1)Генератор сверхбыстрых нейтронов на основе сильноточного ускорителя лёгких ядер с каскадным выходом высокоэнергичного/14 МэВ и более/ потока нейтронов большой плотности. Легко реализовать ускоритель в космическом пространстве!
2)Лазерный испаритель - уплотнитель рабочего тела на основе мощного непрерывного или импульсного лазера ЛТС.
3)Электромагнитная камера деления урана 238 под действием потока нейтронов в составе электронных и оптических зеркал и электромагнитного сопла, с системой отражения.
Выход энергии - непрерывный или пульсирующий в зависимости от режима работы лазера, и соответственно такой же режим работы двигателя. Соответственно приведённым оценкам реакций, их сечениям, энергиям и порогам можно предположить, что давление излучения мощного импульсного лазера будет уплотнять уран 238 вместе с возгонкой и истечением не хуже описанного в (1) драйвера/ускорителя/ тяжёлых ионов и микровзрыва плазмы дейтерия + трития, описанных в работе (1). Получается пульсирующий процесс. как и в работе Орлова (1), причём процесс этот будет ограничен плотностью потока нейтронов , размерами оптимизации среды из урана 238, параметрами импульса лазера и утилизацией выделенной энергии. Построены и работают мощные лазеры для создания лазерного термоядерного синтеза, а требования к их параметрам по уплотнению мишени те же, что и в нашем случае и возможен ЛТС с урановыми пушерами.
Проблемы: потребуется разработать точное позиционирование мишеней в камере сгорания перед поджигом, их хранение или изготовление и подачу. За двигателем в пространстве будет тянуться радиоактивный след продуктов деления ядер урана 238. Этот след быстро исчезнет по причине высокой скорости истечения из двигателя. На первом этапе освоения Солнечной Системы этот двигатель возможно будет оптимальным по стоимости и эффективности. Интересно само устройство камеры сгорания! Это может быть сферическое или параболическое зеркало, в фокусе которого находится мишень из урана 238 , сжимаемая лазерами, расположенными по краям зеркала, и поджигаемая пучком нейтронов ,летящих по центральной оси от генератора. Или наоборот. В любом случае перед оптическим должно быть электронное или электромагнитное зеркало для отражения плазмы. Вместо электронного зеркала можно использовать камеру сгорания- электромагнитную бутылку с горлом - соплом для истечения плазмы. В случае использования ионного драйвера ,вместо генератора нейтронов, и пушеров с дейтерием + тритием, зеркала и камера сгорания также необходимы! В работе (1) показано, что максимальное выгорание урана составляет 18%, что происходит при сжатии пушера примерно в 1000 раз по радиусу. Замечу, что выгорание в урановой бомбе составляет чуть больше 5%. В схеме с использованием мощного лазера, учитывая уплотнение урана при возгонке и истечении паров от излучения лазера и давление лазерного луча возможно выгорание до 3%,что тоже немало. Применение ЛТС с урановыми пушерами требует отдельной оценки
Дальнейшее развитие использование урана 238 получило в работах группы авторов
(3) . В работе проводится анализ возможности создания энергетического ядерного реактора для эффективной утилизации U-238 с использованием инерциального термоядерного синтеза на тяжелых ионах. Рассчитываются энергетические параметры установки и предлагается схема очистки теплоносителя первого контура. В этой работе предполагается за счёт гибридной мишени повысить выгорание дейтерий - тритиевой смеси в реакторе электростанции. Подобную схему можно использовать и на межпланетном корабле в качестве судовой электростанции и маршевого двигателя.
Естественно надо уменьшить мощность и габариты устройства.

Использованные источники:
(1) Препринт ИПМ № 30, Москва, 2004
Авторы: Орлов Ю.Н.
Название: Аналитические оценки оптимизации энерговыделения в гибридной микромишени DT-U238.
(2) Препринт ИПМ № 41, Москва, 2004
Авторы: Медин С.А., Орлов Ю.Н., Паршиков А.Н., Суслин В.М.
Название: Моделирование отклика первой стенки камеры и бланкета реактора ИТС на микровзрыв.
(3) Препринт ИПМ № 47, Москва, 2006
Авторы: Медин С.А., Орлов Ю.Н., Субботин В.И., Шимкевич А.Л.
Название: Энергетические характеристики гибридной ЯЭУ на основе тяжелоионного термоядерного синтеза
Вернуться к началу
Боцман
Гость





СообщениеДобавлено: Сб Июл 04, 2009 11:56 am    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Интересный факт. Моделирование и рассчёты тех же авторов показывают ,что максимальное усиление в 12 раз достигается при
энерговложении порядка 5 мегаджоулей.
Вернуться к началу
Боцман
Гость





СообщениеДобавлено: Вс Июл 05, 2009 11:56 am    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Эти параметры соответствуют параметрам предлагаемой авторами АЭС
на инерционном термоядерном синтезе с урановым усилением эл.мощностью 1,5 Гига ваттаПусть создение ускорителей в космическом пространстве проще и эксплуатация менее затратна по энергетике.Всё равно создание космического межпланетного крейсера с подобной энергетической установкой потребует напряжения экономики всё планеты,так как его масса будет достигать нескольких тысяч тонн. Зато полёт до Марса сократится до нескольких месяцев.
Не на много дольше будут длиться полёты к дальнм планетам Солнесчной системы. Станут реальными скорости 1000 км/сек и более.
Вернуться к началу
Боцман
Гость





СообщениеДобавлено: Пн Июл 06, 2009 12:57 pm    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Дальше всё зависит от исследования Марса роботами и от развития катаклизма на Земле. Если на Марсе найдут воду и уран,а на Земле потеплеет и поплохеет для двуногих, то страны золотого миллиарда
выродят космический крейсер якобы для спасения человечества, а на самом деле для себя родимых. В действительности спасётся верхушка золотого миллиарда и их близкие холуи. А может их перебьют на Земле. А может взорвут на орбитальном старте. На Земле будет твориться такое,что сам чёрт ногу сломит! Жуткие ураганы и торнадо,
сменяющиеся жарой за 50 градусов, потопы и снежные заносы.Миллиарды обезумевших людей,ищущих спасения. Свирепая борьба за ресурсы. и как результат - непрерывные войны,насилие, анархия, смерть. Ежедневно счёт погибших будет идти на многие сотни тысяч - миллионы. Сегодняшнее молодое поколение выродков ,умеющих нажимать кнопки, столкнётся с полудикими представителями третьего мира в яростной схватке за выживание! Кто победит? Скорее всего -никто. все погибнут. И это хорошо, это правильно и ведёт к очищению и обновлению нашей прекрасной Земли. Как когда - то сказал поэт:

Пусть цивилизация исчезнет,
Люди и машины сгинут вдруг!
Пусть планета третья - воскреснет,
Сбросив свой болезненный недуг!

Я знаю что ,так будет,Так уж скорей бы! Дай Бог увидеть конец этой погани,называемой -человечество, и вдоволь насмеяться!
Very Happy Smile Very Happy Razz Twisted Evil
Вернуться к началу
Боцман
Гость





СообщениеДобавлено: Сб Июл 11, 2009 10:28 am    Заголовок сообщения: Я не крокодил, Ответить с цитатой

а просто порядочный человек. И с высоты прожитого и осмысленного мне видно дальше. Very Happy
Вернуться к началу
Показать сообщения:   
Начать новую тeму   Ответить на тeму    Список форумов www.proatom.ru -> Наука Часовой пояс: GMT + 3
Страница 1 из 1

 
Перейти:  
Вы можете начинать тeмы
Вы можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах

Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Forums ©





Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(812)438-3277
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.08 секунды
Рейтинг@Mail.ru