Одноразовый SSTO на ЯРД

[avp]

Кроме того ЯРД имеет ещё и высокую уднельную массу. Масса двигателя съедает существенную часть выигрыша в УИ.

 Масса двигателя ничего не съедает. Просто она должна быть существенно меньше массы ПН.  В формуле фигурирует логарифм отношения начальной массы к конечной.
 Далее, масса двигателя  точно не известна. Она существенно зависит от тяги и прочих прараметров по которым оптимизировать.  По сравнению с ЖРД даже некоторое облегчение за счёт только одного бака и тна.
 С безопасностью какие проблемы? Взрыв невозможен, в отличие от ЖРД. При аварии он просто развалится или расплавится.

[avp]

Поэтому ВАШ вопрос на самом деле звучит так. Чем разработка надежного ЯРД лучше усовершенствования уже разработанных надежно работающих химических ракетных двигателей?
Ответ очевиден ничем.

У химических двигателей уже практически достигнут предел УИ. Дальше совершенствовать уже некуда.  Всё, конец.  ЯРД это единственный реально доступный современным технологиям двигатель который поможет продвинутся дальше.

[Cтарый]

Масса двигателя ничего не съедает. Просто она должна быть существенно меньше массы ПН.

Как этого добиться? Догружая ПН свинцом?

По сравнению с ЖРД даже некоторое облегчение за счёт только одного бака и тна.

Аааа... Типа "бак водорода легче бака кислорода а подача вытеснительная"?

С безопасностью какие проблемы? Взрыв невозможен, в отличие от ЖРД. При аварии он просто развалится или расплавится.

А что будет с водородом?

[Cтарый]

У химических двигателей уже практически достигнут предел УИ. Дальше совершенствовать уже некуда.  Всё, конец.  ЯРД это единственный реально доступный современным технологиям двигатель который поможет продвинутся дальше.

У ЯРД тоже достигнут предел УИ. И чего?

[Андрей Суворов]

Что касается процента 240, вы же не будете спорить, что военные с радостью бы от него избавились, но экономичской точки зрения это невыгодно.

Да нет, военным, как раз, содержание 240-го пофигу, оно облегчало/усложняло жизнь конструкторов боеприпасов, и, не столько нейтронным фоном (имплозия вполне возможна и при 40% 240-го), сколько тепловыделением. Ибо многие высокоэффективные схемы были построены на разновидностях "levitated core". Тем не менее, трудности преодолимы, и американцы пару раз проводили взрывы устройств из reactor-grade плутония, с содержанием 240-го от 15 до 35 в разных испытаниях.

Как вы справидливо заметили, можно получить и много более чистый 239, путем уменьшения времени наработки в реакторе, но с экономической стороны это невыгодно.

КАК ТОЛЬКО БУДЕТ ЗАПУЩЕН ПЕРВЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТОКАМАК, проблема получения 99%-го 239Pu будет решена, ибо там плотности нейтронных потоков будут порядка на полтора больше, чем в оружейных реакторах.

Насколько знаю, пока плутоний практически не обогощают так как методы обогощения урана тут неподходят.

Да не то, чтобы не подходят, вполне подходят, просто производительность и энергетическая эффективность падают. Но ведь, чтобы сделать оружейный уран, нужно подняться от 0,7 до 90%, ну, или, хотя бы до 80%, для лодочных реакторов. А с плутонием нужно подняться от 60% до 95%. Т.е. обогащение в одном случае должно составить 110-120 раз, а в другом - 1,6 раза. При этом, если даже из-за уменьшения разницы масс с 1,27% до 0,41% эффективность одной ступени разделения упадёт в 10 раз, число ступеней будет всё равно сравнимым. У плутония просто нет такого удобного соединения, как гексафторид у урана, но, всё равно, что-нибудь найти можно.

Вот и работают на проектом лазерного разделения (путь позволяющий получать чистый 239 много дешевле, чем класическим плюс можно переработать боеголовочный и старый плутоний.

А боеголовочный-то зачем перерабатывать, он и так довольно мало 240-го содержит?

Хм, можно поподробней про сжимаемости сборок урана с плутонием?

эээ... мнэээ... я попробую...

Насколько помню про плутоний то там применяют дельта фазу в которой плутоний при сжатии скачко образно уменьшается в обеме на 25 процентов (если не путаю).

Если бы дело было только в этом фазовом переходе, то имплозионная схема не работала бы с ураном. Нет, при десяти миллионах атмосфер, которые развивает сфокусированная ударная волна, плотность плутония увеличивается не на 25%, а больше, чем вдвое. А урана - чуть меньше, чем вдвое. В результате, если внутреннее ядро сделать из плутония, а оболочку - из урана 235, то при имплозии сжатие ядра будет больше, чем, если оболочку делать тоже из плутония. Так достигается больший энерговыход.

Сколько из там обычно было?  (забыл).

В бомбе обычно успевает пройти 80 поколений нейтронов, но 80% энергии выделяются при трёх последних.

Кстати, а где применялись постоянные инициаторы? В урановых схемах?

Да нет, и в плутониевых тоже.

Не напомните, что будет если взять 2 куска плутония 239 и начать меееедлено сближать друг с другом?

Сначала будет достигнута критичность на запаздывающих нейтронах, и начнётся сравнительно медленная СЦР (период удвоения мощности порядка 10 сек). Но при этом нейтронный поток уже будет порядочно большим. Далее будет достигнута вторая критичность, на мгновенных нейтронах, при этом удвоение мощности происходит гораздо быстрее ( для тепловых нейтронов - около 0,1 сек, для быстрых - ну, скажем, десятки наносекунд. через примерно десять микросекунд от достижения критичности на мгновенных нейтронах куски плутония расплавятся и начнут разлетаться, т.к. при нагревании происходит тепловое расширение, а инерция препятствует расширению, внутри жидкости развивается весьма порядочное давление, которое разбрызгает плутоний, превратив его в мелкий аэрозоль. Критичность при этом нарушится, и реакция прекратится, после выделения примерно 10-10000 МДж, в зависимости от начальной геометрии и скорости сближения. Т.е. энерговыделение в диапазоне 1кг - 1т ТЭ.

Я там не писал про ректоры на медленных нейтроныз, там конечно уран. :?

А реактор на быстрых нейтронах принципиально не может быть простым. Там средства обеспечения безопасности занимают 90% объёма реактора. реактор на быстрых нейтронах - это готовая бомба. нужно только преодолеть защиты.

[KBOB]

Поэтому ВАШ вопрос на самом деле звучит так. Чем разработка надежного ЯРД лучше усовершенствования уже разработанных надежно работающих химических ракетных двигателей?
Ответ очевиден ничем.

У химических двигателей уже практически достигнут предел УИ. Дальше совершенствовать уже некуда.  Всё, конец.  ЯРД это единственный реально доступный современным технологиям двигатель который поможет продвинутся дальше.

Для химических двигателей продвижение вперед означает, что
повышается уровень надежности, увеличивается тяга единичного двигателя, уменьшается цена.

[avp]

Масса двигателя ничего не съедает. Просто она должна быть существенно меньше массы ПН.

Как этого добиться? Догружая ПН свинцом?

Ессесно выводя большие ПН. Например пилотируемые. Автоматы конечно проще на жрд запульнуть.  Примерная масса в настоящий момент не известна, сложно оценивать. Хотя не видно существенных причин для ограничения массы снизу.

По сравнению с ЖРД даже некоторое облегчение за счёт только одного бака и тна.

Аааа... Типа "бак водорода легче бака кислорода а подача вытеснительная"?

Количество водорода конечно увеличится,  что вызовет увеличение бака, но бак килорода и упрощение конструкции массу снизят, точнее говоря улучшат массовое совершенство.

С безопасностью какие проблемы? Взрыв невозможен, в отличие от ЖРД. При аварии он просто развалится или расплавится.

А что будет с водородом?

А что ему будет то? Если двигатель будет начинать работать почти в пустоте.

[avp]

Для химических двигателей продвижение вперед означает, что
повышается уровень надежности, увеличивается тяга единичного двигателя, уменьшается цена.

При стремлении надёжности к 1, дальнейшее её увеличение стоит очень дорого.
Вопрос тяги актуален только для первой ступени.
Экономический оптимум сейчас находится у ЖРД посредственных характеристик.
Снижение цены возможно только за счёт массовости производства.

[Старый]

Хотя не видно существенных причин для ограничения массы снизу.

Ну а старт с земли на обычных ЖРД, например? А насчёт догрузки свинцом вы подумайте. Биозащиту то из чего будете делать?

Количество водорода конечно увеличится,  что вызовет увеличение бака,

Что значит "конечно"? Вам прийдётся брать тк же массу топлива но плотность его будет в несколько раз меньше. Объём бака вырастет в разы. Оно будет более криогенным и держать его в баке прийдётся дольше.

но бак килорода и упрощение конструкции массу снизят, точнее говоря улучшат массовое совершенство.

О чём это вы?

А что ему будет то? Если двигатель будет начинать работать почти в пустоте.

А! В космосе... Дык в космосе и обычный ЖРД безопасен - пущай взрывается...

[O_P]

Да нет, военным, как раз, содержание 240-го пофигу, оно облегчало/усложняло жизнь конструкторов боеприпасов, и, не столько нейтронным фоном (имплозия вполне возможна и при 40% 240-го), сколько тепловыделением.

Дык конструкторов и имел в виду. И про тепловыделение абсолютно точно - тепловые режимы там надо выдерживать иначе детонаторы/взрывчатка не по "сценарию" сработает. В общем проблеиы то решаемые, но более просто пользовать чистый 239.

Американцы пару раз проводили взрывы устройств из reactor-grade плутония, с содержанием 240-го от 15 до 35 в разных испытаниях.

Даже так?  :? Но думаю,  на испытаниях это и закончилось.

КАК ТОЛЬКО БУДЕТ ЗАПУЩЕН ПЕРВЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТОКАМАК, проблема получения 99%-го 239Pu будет решена, ибо там плотности нейтронных потоков будут порядка на полтора больше, чем в оружейных реакторах.

Это то понятно, но что делать с уже имеющимися запасами плутония( зачастую уже с большим содержанием амереция.)?

А боеголовочный-то зачем перерабатывать, он и так довольно мало 240-го содержит?

Старые боеголовки...много амереция... что делать с плутонием? Выкидывать?

Хм, можно поподробней про сжимаемости сборок урана с плутонием?

эээ... мнэээ... я попробую...

Будем ждать.

Не напомните, что будет если взять 2 куска плутония 239 и начать меееедлено сближать друг с другом?

Сначала будет достигнута критичность на запаздывающих нейтронах, и начнётся сравнительно медленная СЦР (период удвоения мощности порядка 10 сек). Но при этом нейтронный поток уже будет порядочно большим. Далее будет достигнута вторая критичность, на мгновенных нейтронах, при этом удвоение мощности происходит гораздо быстрее ( для тепловых нейтронов - около 0,1 сек, для быстрых - ну, скажем, десятки наносекунд. через примерно десять микросекунд от достижения критичности на мгновенных нейтронах куски плутония расплавятся и начнут разлетаться, т.к. при нагревании происходит тепловое расширение, а инерция препятствует расширению, внутри жидкости развивается весьма порядочное давление, которое разбрызгает плутоний, превратив его в мелкий аэрозоль. Критичность при этом нарушится, и реакция прекратится, после выделения примерно 10-10000 МДж, в зависимости от начальной геометрии и скорости сближения. Т.е. энерговыделение в диапазоне 1кг - 1т ТЭ.

Сдается мне, что при медленном сближении мы до критичности на мгновенных быстрых нейтронов не успеем довести. Куски плутония раньше расплавятся. Но ведь если просто их сблизить до некоторого растояния если меня несколько лет назад не обманули, то можно получить просто очень горячие куски. Помню читал когдато захватывающую словесную картинку - про два раскаленных куска плутония которые кипятят горную реку    :wink:
Или меня нагло обманули?


С уважением, Олег.

[KBOB]

Не напомните, что будет если взять 2 куска плутония 239 и начать меееедлено сближать друг с другом?

Сначала будет достигнута критичность на запаздывающих нейтронах, и начнётся сравнительно медленная СЦР (период удвоения мощности порядка 10 сек). Но при этом нейтронный поток уже будет порядочно большим. Далее будет достигнута вторая критичность, на мгновенных нейтронах, при этом удвоение мощности происходит гораздо быстрее ( для тепловых нейтронов - около 0,1 сек, для быстрых - ну, скажем, десятки наносекунд. через примерно десять микросекунд от достижения критичности на мгновенных нейтронах куски плутония расплавятся и начнут разлетаться, т.к. при нагревании происходит тепловое расширение, а инерция препятствует расширению, внутри жидкости развивается весьма порядочное давление, которое разбрызгает плутоний, превратив его в мелкий аэрозоль. Критичность при этом нарушится, и реакция прекратится, после выделения примерно 10-10000 МДж, в зависимости от начальной геометрии и скорости сближения. Т.е. энерговыделение в диапазоне 1кг - 1т ТЭ.

Сдается мне, что при медленном сближении мы до критичности на мгновенных быстрых нейтронов не успеем довести. Куски плутония раньше расплавятся. Но ведь если просто их сблизить до некоторого растояния если меня несколько лет назад не обманули, то можно получить просто очень горячие куски. Помню читал когдато захватывающую словесную картинку - про два раскаленных куска плутония которые кипятят горную реку    :wink:
Или меня нагло обманули?


С уважением, Олег.

В литературе описаны несчастные случаи при проведении экспериментов по определению крит массы двух плутониевых полусфер в 50-х годах в США. Типа сотрудник лаборатории аккуратно сближал две полусферы и вдруг нечайно они соприкоснулись. Руки, ноги целы, смертельная доза радиации.

[avp]

Хотя не видно существенных причин для ограничения массы снизу.

Ну а старт с земли на обычных ЖРД, например? А насчёт догрузки свинцом вы подумайте. Биозащиту то из чего будете делать?

ЖРД брасываются - это же первая ступень.
Биозащита - компоновкой. Водородный бак, груз, расстояние. Плюс для межпланетных перелётов в любом случае нужна приличная защита от радиации.

Количество водорода конечно увеличится,  что вызовет увеличение бака,

Что значит "конечно"? Вам прийдётся брать тк же массу топлива но плотность его будет в несколько раз меньше. Объём бака вырастет в разы. Оно будет более криогенным и держать его в баке прийдётся дольше.

Не ту же массу. А меньшую т.к. УИ значительно больше.  Площадь бака растёт медленнее чем объём - закон квадрата/куба. Чем больше водородный бак тем лучше его массовое совершенство. За исключением ньюансов с нагрузками при старте.

А что ему будет то? Если двигатель будет начинать работать почти в пустоте.

А! В космосе... Дык в космосе и обычный ЖРД безопасен - пущай взрывается...

Взрыв ЖРД в космосе вполне может разворотить окружающие конструкции и выбросить осколки. Вообщем особых проблем с безопасностью у ЯРД нет.

[O_P]

В литературе описаны несчастные случаи при проведении экспериментов по определению крит массы двух плутониевых полусфер в 50-х годах в США. Типа сотрудник лаборатории аккуратно сближал две полусферы и вдруг нечайно они соприкоснулись. Руки, ноги целы, смертельная доза радиации.

Бедняга.
У нас в институте всем приходящим студентам рассказывали про лаборанта, который на просьбу облучить кристал на рентгеновской установке, взял его пальцами поднес в окошку установки и так несколько минут подержал... :shock:  Пальцы потом ему отрезали. А технику безопасности стали гораздо серьезней давать студентам.

С уважением, Олег.

[Андрей Суворов]

Это то понятно, но что делать с уже имеющимися запасами плутония( зачастую уже с большим содержанием амереция.)?

А боеголовочный-то зачем перерабатывать, он и так довольно мало 240-го содержит?

Старые боеголовки...много амереция... что делать с плутонием? Выкидывать?

Перерабатывать в MOX и использовать в обычных PWR. Да и в реакторах на быстрых нейтронах это нисколько не мешает.
Мало того, америций от плутония отделяется простейшими хим.методами, безо всякого лазерного разделения изотопов. Ну, да, за 10 лет опять накопится, но, если мы просто хотим из старой боеголовки сделать новую, этого достаточно.

Хм, можно поподробней про сжимаемости сборок урана с плутонием?

эээ... мнэээ... я попробую...

Будем ждать.

Сдается мне, что при медленном сближении мы до критичности на мгновенных быстрых нейтронов не успеем довести. Куски плутония раньше расплавятся.

Да нет, отчего же? удвоение мощности на запаздывающих нейтронах занимает больше 10 секунд, а начинать нужно будет  от микроватт (одно деление - 200 МэВ, или 32 пикоджоуля, в килограммовом куске плутония происходит лишь несколько тысяч делений в секунду, основное тепловыделение - это альфа-распад).

Но ведь если просто их сблизить до некоторого растояния если меня несколько лет назад не обманули, то можно получить просто очень горячие куски. Помню читал когдато захватывающую словесную картинку - про два раскаленных куска плутония которые кипятят горную реку    :wink:
Или меня нагло обманули?

Ща посчитаем. Доля запаздывающих нейтронов у плутония-239 - 0,2% Это значит, что коэффициент размножения должен быть в диапазоне от 1.000 до 1.002, так? Дальше. Допустим, критсборка имеет форму двух полушарий диаметром 10 см с зазором между ними в 1 см, и при этом коэффициент равен точно единице. Данные с потолка, но близки к истине. Так вот, чтобы увеличить коэффициент размножения до 1,002, нужно, чтоб телесный угол, под которым видна полусфера из центра другой, увеличился в те же 1.002 раза. Пренебрегая стереометрией скажем, что для этого плоский угол должен увеличиться в 1.001 раза (это очень грубое приближение, но где-то так), что соответствует приближению полусферы примерно на 67 микрон - полторы толщины волоса.

Это, конечно, без учёта замдляющих свойств воды.

[Старый]

Хотя не видно существенных причин для ограничения массы снизу.

Ну а старт с земли на обычных ЖРД, например? А насчёт догрузки свинцом вы подумайте. Биозащиту то из чего будете делать?

ЖРД брасываются - это же первая ступень.

Дык какая нужна первая ступень чтоб оторвать от земли "массу без ограничений"?

Не ту же массу. А меньшую т.к. УИ значительно больше.

Нет, стоп.  Зачем тогда весь огород то? Если вы размениваете число Циолковского на удельный импульс то в чём смысл?

Площадь бака растёт медленнее чем объём - закон квадрата/куба.

Дык и прочность растёт медленне по тому же закону.

За исключением ньюансов с нагрузками при старте.

Да, да.

Взрыв ЖРД в космосе вполне может разворотить окружающие конструкции и выбросить осколки.

Без двигателя конструкции ни к чему.

Вообщем особых проблем с безопасностью у ЯРД нет.

А радиационная безопасность уже не в счёт?

[Старый]

Кстати, насчёт взрыва. ЯРД может точно так же разорвать сжатым рабочим телом как и обычный ЖРД.

[Андрей Суворов]

Может, но, поскольку критичность у него обусловлена отражателем-замедлителем, находящимся снаружи, то, при разрыве, критичность будет мгновенно потеряна, конечно, остаточное тепловыделение может расплавить ТВЭЛы, но ядерного взрыва в любом случае не будет - на быстрых нейтронах реактор ЯРД оказывается глубоко подкритичен.

Например, в 11Б91 содержалось всего около 8,5 кг урана-235, что в разы меньше потребного для критичности на быстрых нейтронах.

[O_P]

Перерабатывать в MOX...

Что есть МОХ? Сорри за невежество. :roll:

Ща посчитаем. Доля запаздывающих нейтронов у плутония-239 - 0,2% Это значит, что коэффициент размножения должен быть в диапазоне от 1.000 до 1.002, так?

Это точно? Что случится если будет 1.003?

что соответствует приближению полусферы примерно на 67 микрон - полторы толщины волоса.
Это, конечно, без учёта замдляющих свойств воды.

То есть меня обманули? Или как.
Сорри если вопросы глупые, я же не физик ядерщик.  

С уважением, Олег.

[Андрей Суворов]

Перерабатывать в MOX...

Что есть МОХ? Сорри за невежество. :roll:

Mixed OXide fuel - смешанное оксидное топливо для энергетических реакторов

Ща посчитаем. Доля запаздывающих нейтронов у плутония-239 - 0,2% Это значит, что коэффициент размножения должен быть в диапазоне от 1.000 до 1.002, так?

Это точно? Что случится если будет 1.003?

Случится вторая критичность - которая на мгновенных нейтронах. И всё испарится и рассеется.

что соответствует приближению полусферы примерно на 67 микрон - полторы толщины волоса.
Это, конечно, без учёта замдляющих свойств воды.

То есть меня обманули? Или как.
Сорри если вопросы глупые, я же не физик ядерщик.  

С уважением, Олег.

В конце 60-х на реакторы на быстрых нейтронах возлагали большие надежды. Дескать, это путь, позволяющий переработать весь 238U, а, значит, запасы ядерного топлива увеличиваются в 140 раз.

Но БН-350 работал не на плутонии-239, а на уране-235. И с ним всё равно было немало проблем. БН-600 был создан на несколько десятилетий позже, но проблем с ним тоже выше крыши. БН-800 никак не достроят.
Японцы - тоже когда-то бывшие энтузиастами реакторов на быстрых нейтронах - отступились.

Страшно.

Так что без регулирования - точно взорвётся.

[avp]

Дык какая нужна первая ступень чтоб оторвать от земли "массу без ограничений"?

Это надо считать уже кокретно для ситуаций. Одна ясно что первая ступень будет из класса тяжёлых (но не сверхтяжёлых).

Не ту же массу. А меньшую т.к. УИ значительно больше.

Нет, стоп.  Зачем тогда весь огород то? Если вы размениваете число Циолковского на удельный импульс то в чём смысл?

Смысл в том что стартовая масса меньше чем если бы был жрд.  Точнее сказать на жрд она была бы слишком большой.