Мир Азимова-атомпанка. Реальны ли такие реакторы?

Форум » АИ-военная и иная техника » Мир Азимова-атомпанка. Реальны ли такие реакторы? » Ответить

Мир Азимова-атомпанка. Реальны ли такие реакторы?

falanger: У Азимова в его произведениях цвете и пахнет атомпанк. Атомные РД - вполне реальные конструкции. Правда вот реакторы намного побольше чем у него. Я как-то с другом-турбинистом вооружился открытыми данными по ЯРД РД-0410, по турбинам и начали мы думать реактор... Вышла байда объемом 7 м3 в самом оптимистичном варианте, массой 15 тон и с электрической мощностью 3 МВт при полной тепловой 5 МВт. Первый контур - высокотемпературный газовый, второй - водяной на перегретом паре. С достаточно компактных реакторов "выдоить" мощности большие тепловые не такая уж и проблема. Но вот её преобразовать в электричество с высоким КПД, а потом сбросить тепло... И защититься от радиации, а также не оставлять за собой "след осадков от ядерного взрыва(ц)". В общем так, у кого есть какие мнения как можно сделать компактный ядерный реактор годный для установки на допустим танк? Или локомотив? Причем советую думать именно в сторону как можно более эффективного преобразования тепло-электричество. А то будет что-то типа как у нас получилось...

Ответов - 39

Граф Цеппелин: falanger пишет: В общем так, у кого есть какие мнения как можно сделать компактный ядерный реактор годный для установки на допустим танк? Вот вам существовавший проект атомного танка. США. На вооружение не пошел из-за более чем явной радиационной опасности в случае любых повреждений! Конечно, перспектива иметь запас хода в 500 часов хороша, только вот стоимость превышала все разумные пределы, и требовалась частая замена экипажей. А если серьезно - зачем танку реактор - боеприпас и запчасти к нему так и так подвозить придется, а в современных условиях нет такой ситуации, при которых машина средних размеров должна была бы делать своим ходом дальние марш-броски!

EvilShurik: Нашел в сети проект самоходного атомного танка сугубо мирного назначения - самоходный НИИ геологоразведки, для масштабного бурения скважин в условиях крайнего севера. На нем должен был быть установлен атомный реактор тепловой мощностью 10 МВт, со свинцовым теплоносителем в первом контуре и аммиачной турбиной. КПД преобразования в электричество 45%. Масса энергоустановки - 20 тонн, масса танка - 500тонн. Шесть гусенец. Бортовая буровая.

alymal: Граф Цеппелин пишет: А если серьезно - зачем танку реактор - боеприпас и запчасти к нему так и так подвозить придется, а в современных условиях нет такой ситуации, при которых машина средних размеров должна была бы делать своим ходом дальние марш-броски! +1 На танк устанавливать - первое же попадание, и куски всего этого разлетятся куда попало. И будет такое пятно... К тому же, как я подозревал, экипажи придется менять часто.

falanger: alymal пишет: К тому же, как я подозревал, экипажи придется менять часто. Роботы рулят. EvilShurik пишет: На нем должен был быть установлен атомный реактор тепловой мощностью 10 МВт, со свинцовым теплоносителем в первом контуре и аммиачной турбиной. КПД преобразования в электричество 45%. Масса энергоустановки - 20 тонн 10 МВт это тепловая мощность реактора или электрическая? Потому как при КПД 45% получит 4,5 МВт(эл) и при этом надо отвести 5,5 МВт тепловой мощности. Висмуст-свинец штука хорошая, но облученный висмут дает полоний чтоли, тяжелый банально, реактор при "остывании" потом очень проблемно запустить... В общем газовый первый контур рулит. Кстати, более подробную ссылку на танк не дадите этот буровой? Просто мне нужен "реахтур" мощностью электрчиеской в 600 кВт (а лучше 1 МВт) и массой не более 3 тон. При этом желательно чтобы столько весил вместе с защитой. Можно плутониевый...

Кэрт: Тут кое что про самоходный реактор на шасси Т-10 есть http://legion.wplus.net/guide/army/ta/t10.shtml

falanger: Кэрт пишет: Тут кое что про самоходный реактор на шасси Т-10 есть http://legion.wplus.net/guide/army/ta/t10.shtml Там ЕМНИП комплекс из 3х машин которые содержат модуля ЯСУ. Работает только когда машины поставлены стационарно и дополнительно обсыпаны земляной обсыпкой + рядом озеро для охлаждения. А мне надо мобильная система годная к установке на вездеход или танк. А за ссылку спасибо, почитаю.

DronT: http://www.belarustime.ru/print/belarus/scrience/horizons/cd255fb692d607ab.html Ко второй половине 1980-х годов была создана и испытана первая мобильная АЭС «Памир». Реакторный и турбогенераторные блоки размещалась на шасси двух автомобильных седельных тягачей МАЗ-537. Еще на двух автомобилях находились пульт управления и помещения для персонала. Самым тяжелым был реакторный автомобиль, весивший 60 тонн. Для работы автомобиль с реактором соединялся с турбогенераторным автомобилем шлангами высокого давления, по которому проходила газообразная четырехокись азота. Заправки ядерным топливом хватало на 5 лет. После этого «Памир» должен был прибывать в Минск для планового обслуживания. Для планового обслуживания в институте соорудили специальные помещения. Всего было выпущено 2 комплекта «Памира», один из которых прошел все испытания, а второй был абсолютно новым. Ничего подобного в других странах даже не проектировалось.

Telserg: Японская компания Toshiba является одним из крупнейших мировых производителей ядерных реакторов. Ее положение в этом качестве может еще более упрочиться в ближайшие годы, если верить сообщению источника. Согласно опубликованным данным, в ближайшем будущем Toshiba начнет строительство малогабаритных ядерных источников электроэнергии. Слово «малогабаритный» в контексте ядерных реакторов следует понимать так: конструкция может разместиться на площади примерно 6 х 1,8 м. Заявленная выходная мощность составляет 200 кВт. Такой реактор может взять на себя обеспечение электроэнергией крупного здания или городского квартала. По словам Toshiba, реактор исключительно безопасен, рассчитан на работу в автоматическом режиме и не подвержен перегреву. В отличие от реакторов, эксплуатируемых сегодня, новинка не имеет графитовых стержней, управляющих ходом реакции. Вместо этого используются резервуары с жидким литием-6 — изотопом, эффективно поглощающим нейтроны. Принцип управления реакцией иллюстрирует следующая схема. Резервуар соединен с вертикальной трубой, находящейся в ядре реактора. В другом конце трубы находится инертный газ. Когда температура повышается, литий-6 расширяется, сжимает газ и заполняет трубу, проникая в ядро реактора. Поскольку он поглощает нейтроны, реакция замедляется. Другими словами, механическое движение графитовых стержней заменено движением жидкости, управляемым температурой реакции. Конструкция полностью автономна и, по мнению компании, сохраняет работоспособность в течение 40 лет. Стоимость одного киловатт-часа электроэнергии, выработанной с помощью нового реактора, по оценке Toshiba, не превышает 5 центов. Это примерно вдвое меньше, чем стоимость электричества, доступного в электросети сегодня. Компания Toshiba рассчитывает построить первый малогабаритный реактор в Японии в 2008 году. Еще через год она начнет продвигать эти источники энергии на рынках Европы и Америки. Вопросы утилизации радиоактивных веществ, образовавшихся в результате работы реактора, и противодействия злоумышленникам источник не освещает. http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?09/83/43

falanger: А что-нибуть еще более компактное и более мощное? Причем как я подозреваю тут пока и есть "затык" именно с преобразователями тепло-электричество.

EvilShurik: Газофазный ядерный ракетный двигатель. Обладает наибольшей возможной мощностью на единицу массы. Но у него очень грязный выхлоп, хотя мог бы использоватся в открытом космосе. Для классических ядерных установок уже достигнут предел по мощности на единицу массы. Как вариант - переход от классики к нетривиальным технологиям - термоядерному нестатистическому нанореактору прецизионного синтеза (видел монографию в успехах физических наук) батарея таких реакторов обеспечит любую разумную мощность, намного большую, чем существующие. Ядерный аккумулятор на квантовом парадоксе Зенона - это когда распад нестабильных ядер подавляется их непрерывным "наблюдением".

falanger: EvilShurik пишет: Газофазный ядерный ракетный двигатель. Обладает наибольшей возможной мощностью на единицу массы. Но у него очень грязный выхлоп, хотя мог бы использоватся в открытом космосе. Для классических ядерных установок уже достигнут предел по мощности на единицу массы. Просто делать 1 контур газовым и повышать температуру. Можно взять например реактор от РД-0410. Но тут проблема со 2-м контуом. Водяной контур с парогенераторами, трубоагрегатами, радиаторами громоздкий. И КПД не более 60%. EvilShurik пишет: Как вариант - переход от классики к нетривиальным технологиям - термоядерному нестатистическому нанореактору прецизионного синтеза (видел монографию в успехах физических наук) батарея таких реакторов обеспечит любую разумную мощность, намного большую, чем существующие. Нука, раскройте как это работают "нанореакторы"? Огромные Человекообразные Нанороботы держат манипуляторами ядра Д-Т или Д-Д и сжимают между собой? Курим матчасть "что такое ТЯ-синтез" или раскрываем тему подробнее в общем. EvilShurik пишет: Ядерный аккумулятор на квантовом парадоксе Зенона - это когда распад нестабильных ядер подавляется их непрерывным "наблюдением". Наблюдать за каждым атомом? А не треснет? И не пофиг ли нестабильному атому наблюдение для процесса распада? И что такое "ядерный аккумулятор"? А то я только про изотопные источники и "атомную батарейку" где пластина полупроводника типа СБ намазана делящимся веществом которое излучением вырабатывает в полупроводнике ток. Раскройте тему в общем. А то "философы" кучу разной фигни и откровенного бреда напридумывать могут, хлебом не корми.

EvilShurik: Наилучшее на мой взгляд пояснение от Александра Шульгина, полный текст здесь: sanek-rostov.livejournal.com/99607.html Постулат редукции и парадокс Зенона Согласно постулату редукции фон Неймана, наблюдение состояния квантовой системы, давшее чёткий результат, приводит к коллапсу волновой функции в то состояние, которому соотвествует данный результат. До наблюдения система может находиться сразу в нескольких состояниях, и эксперимент показывает, что это действительно так. Постулат редукции фон Неймана находится вне рамок логики квантовой механики, поскольку ни один квантовомеханический процесс не может привести к необратимым изменениям. Одно из объяснений эффективности этого постулата - необходимость рассмотрения системы вместе с окружением и, возможно, наблюдателем. Ясности в этом вопросе пока нет. Квантовый эффект или квантовый парадок Зенона состоит в следующем: непрерывное наблюдение за состоянием системы «замораживает» её эволюцию. Причину этого легко понять, рассмотрев серию очень частых наблюдений. Тогда первое наблюдение, в соответствии с постулатом редукции фон Неймана, переведёт систему в некоторое состояние, в котором она сразу после наблюдения будет находиться с вероятностью единица. В дальнейшем вероятность будет уменьшаться, однако происходит это непрерывным образом, поэтому через очень короткое время вероятнее всего обнаружение системы именно в том состоянии, в которое перевело её первое наблюдение. Это второе наблюдение опять «сбрасывает» отсчёт времени, после него система опять переходит в указанное состояние, и далее можно применять ту же схему рассуждений. Иными словами, если всё время смотреть на атом урана, ожидая его распада, он не распадётся никогда. Отсюда понятно и второе название эффекта, иногда ещё встречающееся в литературе - «эффект незакипающего чайника». Непрерывное измерение, как показывает точный расчёт, приводит к полной остановке эволюции состояния. Более того, иногда достаточно, чтобы наблюдение давало лишь отрицательный результат - вроде «распад не произошёл, счётчик Гейгера не сработал». Квантовый эффект Зенона подтверждён экспериментально.

EvilShurik: http://slil.ru/25284582 или www.ufn.ru/ufn90/ufn90_10/Russian/r9010j.pdf - Научное описание квантового парадокса Зенона

EvilShurik: Берем нестабильный альфаактивный короткоживущий изотоп, например астат, время жизни которого около секунды. Каждый атом помещаем в молекулярную клетку-измеритель магнитного момента ядра атома астата. Все клетки с атомами обьединены в одну структуру - регистратор распада по изменению магнитного момента ядер. Наблюдение ведется за ядрами непрерывно - астат не распадается. Прекратили наблюдать - буммм! Судя по всему, ультралиддит из романа Аэлита - именно такое вещество.

EvilShurik: Если очень просто - то это электроядерный квантовый преобразователь энергии. Ядро альфаактивного изотопа квантово "спутывается" с кольцом сверхпроводника, его магнитным моментом. Распадом ядра управляет квантовый компьютор, при этом энергия распада телепортируется на кольцо сверпроводника. Результат - вместо альфа-частицы рядом с распавшимся атомом лежит атом гелия. Процесс можно обратить, заставив ядра слиться вновь.

EvilShurik: На этом принципе можно создать и реактор синтеза: D + D = He4, H + B = 3He4, энергия синтеза телепортируется в электроцепь.

falanger: EvilShurik пишет: Берем нестабильный альфаактивный короткоживущий изотоп, например астат, время жизни которого около секунды. Каждый атом помещаем в молекулярную клетку-измеритель магнитного момента ядра атома астата. Все клетки с атомами обьединены в одну структуру - регистратор распада по изменению магнитного момента ядер. Наблюдение ведется за ядрами непрерывно - астат не распадается. Прекратили наблюдать - буммм! Судя по всему, ультралиддит из романа Аэлита - именно такое вещество. Эта бред!(ц) EvilShurik пишет: Наилучшее на мой взгляд пояснение от Александра Шульгина, полный текст здесь: sanek-rostov.livejournal.com/99607.html Ссылка на ЖЖ не является аргументом. В ЖЖ какого только бреда не пишут. И "пришить" реальные физические явления к бреду "аферисты" давно научились, но вот бред ихний это не делает реальным. EvilShurik пишет: Если очень просто - то это электроядерный квантовый преобразователь энергии. Ядро альфаактивного изотопа квантово "спутывается" с кольцом сверхпроводника, его магнитным моментом. Распадом ядра управляет квантовый компьютор, при этом энергия распада телепортируется на кольцо сверпроводника. Результат - вместо альфа-частицы рядом с распавшимся атомом лежит атом гелия. Процесс можно обратить, заставив ядра слиться вновь. EvilShurik пишет: На этом принципе можно создать и реактор синтеза: D + D = He4, H + B = 3He4, энергия синтеза телепортируется в электроцепь. У меня не достаточно образования "физического", "вышки" нету, но смахивает на бред обыкновенный. Ау, физики, вы может посмотрите и выскажете свое мнение?

EvilShurik: falanger, этот эффект описан в "успехах физических наук", я ниже давал ссылку www.ufn.ru/ufn90/ufn90_10/Russian/r9010j.pdf, причем для возбужденных атомов недавно экспериментально получили 30 кратное замедление перехода в основное состояние.

falanger: Квантовый парадокс Зеннона вполне может быть реальным явлением. Но вот то устройство что вы описали на его основе - бред. При таком уровне развития технологии можно делать технику в виде "колонии микромашин", тоесть изменяемая геометрия "пластилиновая" и т.д. Но также и совершенно другие источники энергии. И еще, вы что такое "квантовая телепортация" в курсе? Я вот в курсе, по тому как для НФ своей на основе его систему связи мой друг придумал. Две "связанные" частицы используются для "мгновенной" связи сверхсветовой. Так вот, КТ для "вытягивания" энергии из термоядерного реактора не применима. Всего лиш. Потому что вы спутали "теплое с мягким(ц)".

EvilShurik: Я всего лишь прочитал статью, где описывался обмен квантовых состояний между возбужденным атомом и кольцом сверхпроводника. Т. е. они поменялись энергией. Если подобные устройства кажутся нереалистичными, то вот наноустройство в рамках классики: Можно создать наноускоритель, разгоняющий протон до энергии в 100 Кэв и вбивающий его в ядро бора. Поскольку точность прицеливания очень высокая, вероятность синтеза также высока. Вдобавок, можно задать направления спина протона и ядра, задать точно кинетическую энергию протона, делая сечение захвата его ядром бора максимальным. После распада системы на три альфа-частицы они тормозятся магнитным полем микроскопического соленоида, наводя в нем электрический ток. Кстати, квантовую телепортацию не удастся использовать для сверхсветовой связи, поскольку для расшифровки полученных данных нужна ключевая частица, которая передвигается со скоростью не выше скорости света. Квантовую телепортацию можно использовать для передачи квантовых состояний и для квантового сжатия информации.

falanger: EvilShurik пишет: Кстати, квантовую телепортацию не удастся использовать для сверхсветовой связи, поскольку для расшифровки полученных данных нужна ключевая частица, которая передвигается со скоростью не выше скорости света. Квантовую телепортацию можно использовать для передачи квантовых состояний и для квантового сжатия информации. Две "связанных" частицы. При воздействии на одну оно отображается на второй, и на оборот. "Дергать" их двоичным кодом и все. А "разносить" на досветовой скорости хотябы. Обмен то по факту будет быстрее света.

EvilShurik: Квантовая телепортация осуществляется за счёт разделения информации на «квантовую часть» и «классическую часть» и независимой передаче этих двух компонент. Для передачи «квантовой части» используются характерные для квантово-запутанных частиц корреляции Эйнштейна-Подольского-Розена, а для передачи классической информации годится любой обычный канал связи. Для простоты будем иметь в виду физическую величину с двумя собственными состояниями ψ1 и ψ2 (например, проекцию спина электрона или фотона на заданную ось). Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном квантовом состоянии ψA = αψ1 + βψ2, и он хочет передать это квантовое состояние получателю, т. е. сделать так, чтобы у получателя оказалась в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами, необходимо передать два комплексных числа α и β (с бесконечной точностью). Заметим, что главная цель здесь — это передать информацию не как можно быстрее, а как можно аккуратнее, гарантированно без потерь и искажений. Для достижения этой цели выполняются следующие шаги. Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией, но вся пара целиком описывается единой волновой функцией ψBC. Когда отправитель получает частицу C, он имеет систему из двух частиц A и C. Однако до того, как над C совершены какие-либо действия, эти частицы являются пока независимыми. Затем отправитель запутывает частицы А и С и волновая функция всей системы из трёх частиц есть произведение ψAψBC. Волновая функция ψAψBC имеет четыре собственных состояния. Поэтому, когда отправитель совершает измерение над системой из двух частиц A и C, он с некоторой вероятностью получает одно из 4 собственных значений физической величины. Поскольку при этом измерении частица C коллапсирует в некое новое состояние, то и запутанная с ней частица B также коллапсирует в некоторое определённое состояние. Именно в этот момент происходит передача «квантовой части» информации. Отметим, что объём передаваемой при этом информации, равен объёму информации, запасённой в исходном состоянии, и может быть сколь угодно большим. _Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно_: получатель _знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно_! Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу _результат своего измерения (затратив при этом два бита!)_. По законам квантовой механики получается, что имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C и _плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A_. _Полная передача информации осуществится только после того, как получатель будет обладать данными, полученными по обоим каналам. До того, как получен результат по классическому каналу, получатель ничего не может сказать об исходном состоянии_. Перехватить передаваемую информацию без ведома отправителя и получателя принципиально нельзя. Дело в том, что если «злоумышленник» попытается проследить за эволюцией запутанной пары B и C, то он тут же разрушит её запутанность, что можно будет легко отследить по неравенствам Белла. Наконец, обратим внимание, что исходное состояние частицы A после всего произошедшего разрушается. То есть, состояние было не скопировано, а перенесено из одного места в другое. Этот факт тоже аналогичен фантастическому понятию телепортации.

falanger: Есть у меня безумная идея насчет компактного атомного реактора... Газофазная активная зона + один замкнутый газовый контур (возможно с парами щелочного металла) в котором вместо турбины МГД-генератор индукционный например (с парами металла обычны с электродами)...

EvilShurik: Ракетный реактор из темы про основы коммунизма был гибридным твердотельно - газофазным. На нем применялся т. н. ядерный форсаж - впрыск паров плутония в плазменный канал, где создавалась максимальная плотность нейтронного потока. В результате скорость истечения водорода поднималась с 9 км/с до 20км/c. И индукционный МГД генератор тоже был. Нечто подобное разрабатывалось в реале, есть монографии в бумажном виде.

falanger: "Чистыи" ГФЯРД с удержанием плазмы магнитным полем и охлаждением водородом с углероднои "пылью" для лучевого поглощения. Меня-же интересует газофазная активная зона и замкнутыи контур с МГД именно как энергетическии реактор.

хохол: Очень давно читал о ядерных реакторах не паровых ,а с термопарами. Назывался вроде бы "Ромашка".

falanger: хохол пишет: Очень давно читал о ядерных реакторах не паровых ,а с термопарами. Назывался вроде бы "Ромашка". Слишком малое КПД преобразования получается. Это реакторы с термоэмиссионными генераторами "Топаз" и с термоэлектрическими "Ромашка". В обоих случаях КПД ниже чем у паротурбинной установки. Но даже с паротурбиной КПД все равно недостаточный для эффективного использования на боевых и прочих машинах.

хохол: Что такое КПД для ЯД? Несколько лишних граммов урана или плутония.Зато огромный выигрыш в массе, как самой установки так и экрана.Отказ от движущихся частей - это громадный ресурс и никаких ремонтов.

falanger: хохол пишет: Что такое КПД для ЯД? Несколько лишних граммов урана или плутония.Зато огромный выигрыш в массе, как самой установки так и экрана.Отказ от движущихся частей - это громадный ресурс и никаких ремонтов. КПД для ЯР - это ОХРЕНИТЕЛЬНОЕ количество тепла которое надо вести. Тем выше КПД преобразования - тем меньше радиаторы охлаждения. И тем легче силовая установка. Большую тепловую мощность даже компактной активной зоны получить не проблема. Проблема это тепло с высоким КПД преобразовать в электричество.

хохол: А если "Ромашка" вырабатывает электричество для вспомогательных нужд.А для движения цилиндровый паровой двигатель?Или стирлинг?

falanger: хохол пишет: .А для движения цилиндровый паровой двигатель?Или стирлинг? У поршневых паромашин КПД фиговый, у правовой поршневой машины КПД не более 18% и то для саой наворочанной. хохол пишет: А если "Ромашка" вырабатывает электричество для вспомогательных нужд. КПД суммарное растет, но не слишком. Я такой ТЯ-реактор прикидывал...

хохол: Зато у стирлинга 70%.И ни каких корбок передач и прочих диференциалов.Один стирлинг для правой другой для левой гусенец.

EvilShurik: Оказывается газофазные ядерные двигатели испытывались: Решил взять на себя смелость и сделать статью про газофазные двигатели, в частности, про РД-600. Газофазные ядерные двигатели Впервые идея о использовании в космической технике ядерного двигателя появилась ещё на заре космической эры [1]. Ядерный двигатель на аммиаке обладал удельным импульсом, сравнимым, а то и превосходящим удельный импульс для кислородно-водородного двигателя [2], и это – без применения сложных криогенных технологий и увеличения баков вследствие малой плотности водорода. В частности, планировалось создать ракету по типу Р-7: центральная ступень с ядерным двигателем на аммиаке окружалась шестью "боковушками" на кислород-керосиновом топливе [2]. В то время представлялось, что ядерный двигатель можно с успехом использовать на межконтинентальных баллистических ракетах, вследствие этого на работы по созданию ЯРД выделялись значительные средства. Однако с созданием ракетных двигателей на химическом топливе (в частности, на паре гептил-амил), удовлетворяющих по своим характеристикам военных, от идеи использования ЯРД на МБР отказались. Однако в СССР была принята программа по исследованию космоса, в которой предусматривался полёт на Луну, а в перспективе – на Марс. Не стоит забывать и о объявлении Никитой Сергеевичем Хрущёвым начала советской лунной пилотируемой программы. Всё это вместе стимулировало начало работ по ЯРД. На МБР возможно использование только ЯРД, в которых нагрев рабочего тела производится в твердофазном реакторе, в противном случае (использование полостного реактора, в котором ядерное горючее находится в жидком или газообразном виде) неизбежен вынос топлива из двигателя, и, как результат, загрязнение окружающей среды [4]. К тому же, как уже говорилось, достижение Америки МБР оказалось возможным и с обычным химическим двигателем. Поэтому для ЯРД осталось лишь одно применение – использование в качестве маршевых двигателей в верхних ступенях ракет-носителей и межпланетных кораблях. Для межпланетных полётов особенно важна величина удельного импульса двигателя, т. к. необходимые характеристические скорости для ракет равны десяткам километров в секунду. Особенно выделяется в этом плане ЯРД с газофазной зоной, позволяющий получать скорости истечения, как у ЭРД [5] и тягу, сопоставимую с тягой ЖРД. Это позволяет достигать необходимых скоростей не за месяцы, как у ЭРД, а за сравнительно короткое время. В свою очередь, это позволяет очень быстро проходить радиационные пояса Земли, не подвергая космонавтов облучению. Немаловажным является и то, что становится возможным полёт не по гоманновским траекториям (наименее энергозатратным), а по "быстрым", в частности, по параболическим. "Решение о разработке ЯРД и ядерных космических энергоустановок (ЯКЭУ) на основе ГФЯР было принято в 1963 г. руководителем НПО Энергомаш академиком В.П. Глушко, а затем утверждено постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР. К этому времени научный коллектив НПО Энергомаш имел шестилетний опыт проектно-конструкторской и технологической разработки ЯРД с твердофазным реактором. Теоретические исследования по ГФЯР выполнялись с 1957 г. под руководством члена-корреспондента АН СССР В.М. Иевлева в НИИ тепловых процессов (ныне НИЦ имени М.В. Келдыша). На решение столь сложной (сопоставимой с проблемой управляемого термоядерного синтеза) и требующей колоссальных финансовых затрат научно-технической проблемы, какой является создание ГФЯР, в то время посягнули только две страны - СССР и США." – так говорится о начале работ по ГФЯР в [6]. Ведущим подразделением в НПО Энергомаш по проблеме ГФЯР и двигательно-энергетических установок на его основе стал отдел под руководством Р.А. Глиника. Для успешного решения стоящих проблем к работам были привлечены многие институты (в первую очередь ракетно-космической и атомной отраслей) и ведущие вузы страны под общим научным руководством НИИ тепловых процессов. Большое внимание и поддержку оказали такие видные ученые, как академики М.Д. Миллионщиков, А.А. Бочвар, Е.П. Велихов [6]. Одним из участников работ стал Б. И. Каторгин, участвовавший в разработке двигателей с высоким удельным импульсом РД-560 (перекись водорода с гидридом бериллия) и РД-600 (ядерный двигатель с газофазным реактором). Наряду с разработкой новых конструкций и их частей, были получены фундаментальные результаты по динамике течения псевдоожиженных порошкообразных горючих и продуктов сгорания в полостях камеры сгорания, по способам их подачи в камеру сгорания и их воспламенению с продуктами разложения (для двигателя РД-560), а также по динамике газоструйных течений (для двигателя РД-600). Эта работа явилась темой кандидатской диссертации, которую Борис Иванович защитил в 1967 г. в МВТУ [7]. Разработчики столкнулись с целым рядом принципиальных трудностей. Вот перечень некоторых из них [6]: 1. Реализация рабочего процесса в газофазном тепловыделяющем элементе 2. Достижение критичности ГФЯР 3. Обеспечение устойчивости работы ГФЯР 4. Обеспечение работоспособности элементов конструкции при экстремальных параметрах рабочих процессов 5. Обеспечение коррозионной стойкости конструкционных материалов 6. Обеспечение теплозащиты сопла, МГД-генератора 7. Удаление продуктов деления в замкнутых схемах ГФЯР В период 1963-1973 гг. численность специализированного отдела НПО Энергомаш, занимавшегося разработкой реактора и двигательно-энергетической установки, составляла около 90 человек. В этот период проводились интенсивные экспериментальные и производственные работы по подготовке демонстрационных реакторных испытаний в 1975 г. Однако в 1974 г. в НПО Энергомаш началась разработка РД-170/171 - мощного ЖРД для системы "Энергия-Буран", в связи с чем исследования по ГФЯР были приостановлены, а коллектив специализированного отдела сокращен до 30 человек. В течение восьми лет финансировались лишь "бумажные" работы. За это время оказались утраченными обширные технологические, производственные и экспериментальные заделы [5,6]. "С 1982 г. производственные работы были возобновлены, около двух лет тот же коллектив конструкторов и расчетчиков восстанавливал технологию и экспериментальную базу. Но все же в конце 1989 г. финансирование, практически, полностью прекратилось. В США также не удалось довести дело до минимальных демонстрационных испытаний. Предполагалось, что основным элементом конструкции ГФЯР будет одна или несколько рабочих камер, окруженных замедлителем-отражателем нейтронов. Ядерное горючее внутри камер должно удерживаться изолированно от стенок в плазменном состоянии в количестве, необходимом для самоподдерживающейся цепной реакции. В промежутке между зоной делящейся плазмы и стенками организуется поток рабочего тела. Нагрев рабочего тела обеспечивается лучистым теплопереносом, при этом его средняя температура на выходе рабочей камеры достигает значений порядка 104 К. Поглощение лучистой энергии рабочим телом обеспечивает одновременно и тепловую защиту стенок. При разработке газофазного реактора основной проблемой было снижение потерь делящегося вещества, которые не должны превышать долей процента от расхода рабочего тела. Приемлемый уровень выноса ядерного горючего из камеры предполагалось обеспечить ламинаризацией потока поступающего рабочего тела, профилированием поля его начальных скоростей, наложением внешнего магнитного поля, специальным подбором состава рабочих компонентов и выбором геометрии полости. Вынос ядерного горючего компенсировался его подачей в рабочую камеру либо в жидкометаллическом виде (1500К), либо в виде пастообразной смеси порошка с NaK эвтектикой (эвтектика - расплав, находящийся в равновесии с твердыми фазами). Космические энергетические установки проектировались по открытой и замкнутой схемам. Если рабочее тело выбрасывается через реактивное сопло наружу, то установка представляет собой ядерный ракетный двигатель открытой схемы. В качестве рабочего тела используется водород, в который для обеспечения электропроводности и поглощения лучистого теплового потока добавляются присадки в виде паров NaK и Li, а также вольфрамового порошка (при этом одновременно достигается приемлемая температура водорода у стенки камеры). Такой ЯРД имел бы чрезвычайно высокие удельные характеристики (удельный импульс порядка 2000:3000 с). Если установка спроектирована таким образом, что рабочее тело выбрасывается наружу через МГД-генератор с высоким КПД, то имеем ЯКЭУ открытой схемы. В установках замкнутой схемы преобразователем энергии является МГД-генератор, а все рабочие компоненты циркулируют по контуру, не имеющему связи с внешней средой. В этом случае получаем ЯКЭУ, имеющую весьма высокий КПД (30:40 %), низкие значения удельной массы преобразователя и удельного расхода рабочего тела. Присадки, вводимые в рабочее тело, помимо всего прочего, призваны способствовать МГД-взаимодействию. Кроме газофазного реактора и МГД-генератора в конструкции непременно должны присутствовать холодильники, сепараторы и насосы. Рабочим телом является пар NaK в смеси с гелием. Выделяющееся избыточное тепло сбрасывается в космическое пространство с помощью излучателей. Вырабатываемая энергия используется для различных целей, одним из ее потребителей может быть электроракетный двигатель. Преимуществом использования в замкнутых схемах ГФЯР, в котором вместо твердых твэлов используются газообразные, является принципиальная возможность обеспечения весьма длительного функционирования за счет соответствующей подпитки горючим взамен выводимых из контура во внешнюю среду продуктов ядерных реакций. Концептуальная разработка ядерной двигательно-энергетической установки для обеспечения марсианской экспедиции является последней по времени, вобравшей в себя весь предшествующий опыт. Установка основана на комбинированном однополостном газофазно-твердофазном реакторе трансформируемой конструкции массой 57,5 т. Тепловая мощность реактора 2,14 ГВт. Твердофазные тепловыделяющие сборки (ТФТС), размещенные по кольцу вокруг центральной полости реактора и снабженные приводными механизмами, обеспечивают необходимый уровень нейтронного потока и критичность при запуске, когда ядерное горючее в полости газофазного твэла отсутствует. По мере подачи и накопления в центральной полости ядерного горючего, т.е. образования плазменной зоны и формирования газофазного твэла, ТФТС из активной зоны извлекаются, а реактор превращается в ГФЯР. Благодаря трансформируемой конструкции установка может работать в двух режимах: - двигательном (газофазном) тягой 17 (по другим данным -600 т. [8]) т при удельном импульсе 2000 с - на разгонных и тормозных участках траектории; - энергетическом (твердофазном) с электрической мощностью 200 кВт для обеспечения внутренних нужд космического аппарата без расходования рабочего тела - на маршевом участке траектории. Этот режим обеспечивается замкнутым газотурбинным контуром с гелий-ксеноновой смесью в качестве рабочего тела, преобразованием тепловой энергии в электрическую с КПД 20 % и сбросом избыточного тепла через холодильник-излучатель (цикл Брайтона). На двигательном режиме работы электроснабжение обеспечивается встроенным в сопло многополюсным МГД-генератором мощностью 25 МВт с электродами и шинами возбуждения, ориентированными по образующим сопла." – [6,9] Схема РД-600 [10] (рис. 1): Конструктивная схема энергоблока: 1 – электроприводы; 2 – ходовые винты; 3 – подвижные твердофазные тепловыделяющие сборки; 4 – радиационная защита; 5 – коаксиальные катушки; 6 – полость реактора; 7 – силовой корпус; 8 – соленоид; 9 – упрочняющая намотка из углепластика; 10 – теплоизоляция соленоида; 11 – боковой замедлитель–отражатель; 12 – высокотемпературная молибденовая стенка; 13 – встроенный МГД-генератор; 14 – сверхзвуковое сопло; 15 – передний торцевой блок; 16 – твэлы (стержни из графита с диспергированным карбидом урана); 17 – задний торцевой блок; 18 – каналы, заполненные 3Не (исполнительные органы системы регулирования реактора); 19 – электроды фарадеевского многополюсного МГД-генератора Габаритно-компоновочная схема марсианского экспедиционного комплекса (МЭК), в котором предусмотрено использование блока из двух ядерных двигательно-энергетических установок на основе ГФЯР, описанных ранее, показана на рис. 2. При полезной нагрузке 150 т, предполагаемой обычно для выполнения подобной задачи, расчетная стартовая масса МЭК на околоземной орбите составляла бы 520...540 т (в зависимости от даты старта). Для сопоставления можно указать, что в случае применения ЯРД с твердофазным реактором стартовая масса МЭК составляла бы 730:800 т, а с химическим ЖРД - 1700:2500 т. Стратегия разработки ГФЯР и двигательно-энергетической установки на его основе опиралась на три основных этапа. На первом этапе был задействован функционирующий до настоящего времени уникальный испытательный комплекс на основе импульсного графитового реактора (ИГР) на Семипалатинском полигоне. Он предусматривал кратковременные (до 5 с) натурные испытания малоразмерных моделей газофазных тепловыделяющих элементов диаметром до 100 мм и длиной до 250 мм. На втором этапе предполагалось сооружение нового реактора "Нефрит" типа ИГР для обеспечения на порядок более длительных испытаний образцов, габаритные параметры которых в три раза превосходили параметры малоразмерных образцов. На третьем этапе предусматривалось сооружение стендового прототипа натурного ГФЯР, точнее, комбинированного газофазно-твердофазного реактора "Лампа" с размерами рабочей камеры, соответствующими застойному газофазному твэлу. Для выполнения последних этапов разработки проектировался стендовый комплекс "Байкал-2" на территории того же Семипалатинского полигона. По "Байкалу-2" был проведен большой комплекс исследований. При этом огромное внимание уделялось проблемам безопасности, в первую очередь, радиационной и ядерной; в частности, выхлоп из объектов испытаний планировался только закрытого типа. Подготовка первого этапа натурных испытаний в реакторе ИГР малоразмерной модели газофазного твэла в течение всего периода разработки потребовала наибольших затрат времени и средств. Экспериментальную ампулу, содержащую модельный газофазный тепловыделяющий элемент и все необходимые системы, предполагалось разместить в вертикальном центральном канале реактора. В процессе эксперимента система вытеснительного типа должна была подавать ядерное топливо в рабочую камеру, месторасположение которой совпадало с центром активной зоны реактора ИГР. Топливо могло использоваться либо в виде пасты, содержащей мелкодисперсный урановый порошок и щелочные металлы, либо в виде расплава урана, разогреваемого непосредственно перед подачей в камеру. Тракт подачи ядерного горючего обладал эффективной компактной нейтронной защитой, исключающей перегрев топлива и окружающих оболочек. Основные размеры внутренней полости рабочей камеры: диаметр 80 мм и длина 240 мм. Ураносодержащая струя, поступающая в камеру, под действием нейтронного потока высокой интенсивности разогревалась, испарялась и переходила в плазменное состояние. Излучение от этой плазмы нагревало рабочее тело. Внутренняя стенка входного конического участка рабочей камеры была выполнена из тугоплавкого сплава. Эту стенку изготавливали проницаемой, что позволяло вдувать водород и гелий вместе со струей ядерного топлива. Тем самым исключались образование рециркуляционной зоны на участке испарения топлива и турбулизация потока. Вдуваемый водород, в свою очередь, давал периферийный спутный поток, отделяющий стенки камеры от центральной струи урановой плазмы. Цилиндрический участок рабочей камеры имел внутреннюю стенку из абляционного материала, что позволяло обеспечить внешней силовой металлоконструкции надежную защиту, в том числе, и в случае конденсации на поверхности абляционного материала металлического урана (путем удаления капель обратно в поток продуктами абляции). На выходе из камеры высокотемпературный поток рабочего тела должен был поступать в конденсатор. Стенки конденсатора имели щелевые пояса, через которые подавался для разбавления газообразный водород. Кроме того, внутренняя поверхность конденсатора также покрывалась абляционным материалом, исключающим накапливание конденсирующегося урана. Для снижения тепловыделения в уране на участке конденсации предусматривалась нейтронная защита по внешней поверхности конструкции конденсатора. Образовавшаяся газовая смесь с продуктами деления должна была подаваться через звуковое сопло на фильтр, расположенный в зоне нижнего торцевого отражателя реактора. Крупные частицы улавливались бы в инерционной ловушке, а мелкие - в пористых фильтровальных металлокерамических патронах. Использование звукового сопла стабилизировало бы давление в рабочей камере при изменении в процессе испытаний гидравлического сопротивления осадка на фильтровальных патронах. Газообразные продукты по трубопроводам удалялись в закрытую стендовую систему выхлопа. С целью снижения тепловыделения и нагрева фильтра предусматривалась его внешняя стационарная кольцевая и торцевая нейтронная защита. Когда ядерное топливо заканчивалось и истекало время испытаний, наступал заключительный этап расхолаживания тепловыделяющего осадка в фильтре ампулы с помощью потока газа. Экспериментальная ампула (рис. 3), изготовленная на опытном заводе, имела диаметр 185 мм и длину 6500 мм и включала следующие функциональные элементы: систему подачи ядерного горючего, рабочую камеру, конденсатор и фильтр. Все это вместе с коммуникациями, средствами измерений и элементами общей сборки размещалось внутри герметичного корпуса. Предполагалось, что необходимый для проведения испытаний запас ядерного горючего будет заправляться в тракт подачи ампулы непосредственно перед началом работ. После испытаний все твердые и жидкие продукты остаются в фильтре. Таким образом, радиационная безопасность на всех стадиях обеспечивалась локализацией ядерного горючего и основной массы продуктов его распада в объеме ампулы. Поступление радиоактивных веществ в окружающую среду полностью исключалось. Центральный канал импульсного реактора ИГР, в который устанавливалась экспериментальная ампула, имел охлаждаемую водой герметизирующую оболочку, отделявшую его от уран-графитовой кладки активной зоны. В верхней части ампулы находились соединители, обеспечивавшие сопряжение со стендовыми коммуникациями. Особое внимание было уделено мерам, направленным на обеспечение безопасности испытаний для исключения повреждения реактора ИГР и радиоактивного загрязнения стендовых помещений в случае возможных аварийных разрушений функциональных элементов экспериментальной ампулы. Были полностью собраны и подготовлены к отправке на стендовую базу два испытательных комплекта с малоразмерными твэлами (рис. 5). На полигон были отправлены комплекты специального стендового оборудования и транспортно-технологической оснастки для работы с радиоактивными изделиями после завершения испытаний. Помимо изготовленной экспериментальной ампулы был разработан эскизный проект новой модификации с моделью газофазного твэла застойного типа с магнитной стабилизацией процесса [6,9]. Источники: 1. Б. Е. Черток "Ракеты и люди. Книга 4 Лунная гонка" 2. http://www.lpre.de/energomash/index.htm 3. Первушин "Битва за звёзды. Космическое противостояние" 4. Л. Гильберг "Покорение неба", стр. 325-326 5. http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/molodtsov 6. "Двигатель", "Газофазные ядерные двигатели для космических аппаратов", №5 1999 г. 7. http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/263/03.shtml 8. http://www.lpre.de/energomash/index.htm 9. "Двигатель", "Газофазные ядерные двигатели для космических аппаратов", №6 1999 г. 10.. http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/219/37.shtml

EvilShurik: Интересно, будут ли их испытывать в космосе?

falanger: EvilShurik пишет: Решил взять на себя смелость и сделать статью про газофазные двигатели, в частности, про РД-600. И сразу ляп агроменный. ;) В НПО ЭНЕРГОМАШ принята и используется следующие условные обозначения ЖРД кислородные ЖРД – класс РД-1ХХ долгохранимые (азотная кислота, азотный тетроксид) ЖРД – класс РД-2ХХ фторные ЖРД – класс РД-3ХХ ядерные РД – класс РД-4ХХ перекисьводородные ЖРД – класс РД-5ХХ ядерные ЭУ – класс РД-6ХХ трехкомпонентные ЖРД – класс РД-7ХХ РД-0410 (РД-410) расчитан на тяну около 4,5 тс ЕМНИП. РД-0411 (РД-411) на большую, десятки тс.

Инженер-исследовател: Когда-то я читал книжку , где упоминался мальчик , который пытался сделать в техническом кружке, модель ядерного реактора , где роль тепловыделяющих элементов играли трубки с расплавленным свинцом (т.е. пока свинец не застынет модель работает , а затем ТВЭЛ надо извлечь из модели и нагреть , чтобы свинец расплавился) , модель ему изготовить так и не удалось , но проделанные им расчёты показали , что если задаться условием отсутствия утечки в первом контуре (вешество контактирующее с радиоактивными материалами) , то масса Ядерной энергоствнции (превращающей энергию ядерной реакции в энергию вращения вала) , должна превышать массу активной зоны реактора по меньшей мере в 300 раз. Если допустить , что минимальная масса активной зоны равна 16 кг - критическая масс плутония , то масса энергостанции будет 4800 кг.

Инженер-исследовател: Знал я роект тяжёловодного ядерного реактора , где гидроизолированные блоки слегка обогащённого урана были погружены в насыщенный раствор NaOD в тяжёлой воде при атмосферном давлении, как в знаменитом пещерном реакторе в гитлеровской Германии (натрий , кислород и тяжёлый водород очень слабо поглощают нейтроны), растворы гидроксида натрия в воде кипят при температуре до 148 градусов Цельсия, сей раствор прокачивается насосом через змеевик размещённый в котле , где кипятит воду , вырабатывая пар,который крутит турбину , после чего раствор возвращается в реактор. Управление осуществляется регулирующими стержнями из серебрянно индиевого сплава (устойчив к действию насыщенных растворов кислот). В случае саморазгона , как в Чернобыле, начинается кипение тяжёлой воды , её замедляющее действие резко падает и реакция гаснет-реактор устойчив . Недостаток- низкая температура пара , что ведёт к низкому КПД.

Осьминог: Все это очень любопытно, но сколько будет стоить такой танк? 1млрд. долл +? При этом не ясно, зачем ему, "убивающему" в среднем лишь 2 танка противника (да и то - сидя в обороне) - до того, как подобьют его самого - нужно целое море энергии. Чтобы снаряд в электромагнитной пушке ускорять/разгонять? Другое дело, если мы говорим о "летающих танках" типа самолетов "Тандерберд". Вот тут... все равно цена великовата.

Инженер-исследовател: Посмотрел в справочнике водных растворов электролитов, температура кипения насыщенного раствора едкого натра в воде равна 341 градус цельсия , а у раствора NaoD, в тяжёлой воде ещё больше т.е. есть возможность достижения КПД близкого к КПД обычных энергетических реакторов , используя многие наработки исследовательских реакторов, правда мой реактор для установки на танк не предназначен ( масса активной зоны не менее 13 тонн , следовательно масса оборудования более 3900 тонн), кстати в предыдущем моём сообщении заметил ошибку : серебрянно-индиевый сплав устойчив не к действию кислот , а к действию едких щелочей : обычные кадмиевые сплавы в горячих растворах едких щелочей долго не живут!

полная версия страницы