Газовый реактор деления

Газовый ядерный реактор (или реактор на газовом топливе , или реактор с паровой активной зоной ) — это предлагаемый тип ядерного реактора , в котором ядерное топливо будет находиться в газообразном состоянии, а не в жидком или твердом состоянии. В реакторе этого типа единственными материалами, ограничивающими температуру, будут стенки реактора. Обычные реакторы имеют более строгие ограничения, поскольку активная зона расплавится, если температура топлива поднимется слишком высоко. Также может оказаться возможным удерживать газообразное топливо деления магнитным, электростатическим или электродинамическим способом, чтобы оно не касалось (и не плавило) стенок реактора. Потенциальное преимущество концепции активной зоны газового реактора заключается в том, что вместо традиционных циклов преобразования Ренкина или Брайтона можно будет извлекать электричество магнитогидродинамически или с помощью простого прямого электростатического преобразования заряженных частиц.

Теория работы

Реактор с паровым сердечником (VCR), также называемый реактором с газовым сердечником (GCR), изучается уже некоторое время. Он будет иметь газовое или паровое ядро, состоящее из тетрафторида урана (UF ₄ ) с небольшим количеством гелия ( ⁴ Он добавил, что для увеличения электропроводности паровое ядро ​​также может содержать крошечные _{UF 4} капли . Он имеет как наземное, так и космическое применение. Поскольку космическая концепция не обязательно должна быть экономичной в традиционном смысле, она позволяет обогащению превысить то, что было бы приемлемо для земной системы. Это также позволяет использовать более высокое соотношение UF ₄ к гелию, которое в земной версии будет поддерживаться на достаточно высоком уровне, чтобы обеспечить критичность и повысить эффективность прямого преобразования. Наземная версия рассчитана на температуру парового ядра на входе около 1500 К и температуру на выходе 2500 К и соотношение UF ₄ к гелию примерно от 20% до 60%. Считается, что температуру на выходе можно поднять до диапазона от 8000 до 15 000 К, где выхлопными газами будет представлять собой неравновесный электронный газ, генерируемый при делении, что будет иметь гораздо большее значение для конструкции ракеты. Наземную версию схемы видеомагнитофона можно найти в ссылке 2 и в сводке неклассических ядерных систем во второй внешней ссылке. Концепция космического базирования будет отключена в конце канала MHD.

Обоснование добавления He-4

⁴ Его можно использовать для повышения способности конструкции извлекать энергию и управлять ею. Несколько предложений от Anghaie et al. проливает свет на рассуждения:

«Плотность мощности в МГД-канале пропорциональна произведению электропроводности , квадрата скорости и квадрата магнитного поля σv²B². Следовательно, извлечение энтальпии очень чувствительно к условиям входной-выходной жидкости МГД. Реактор с паровым сердечником обеспечивает более горячую энергию. чем большинство жидкостей с потенциалом адекватной теплопроводности и скоростей в воздуховодах. Учитывая произведение v² × B², очевидно, что легкая рабочая жидкость должна доминировать в тепловых свойствах, а доля UF ₄ должна быть небольшой. Дополнительное повышение электропроводности может быть небольшим. необходимая от термической ионизации подходящих затравочных материалов, а также от неравновесной ионизации осколками деления и другим ионизирующим излучением, образующимся в процессе деления».

Космический корабль

Вариант газообразного реактора деления для космического корабля называется ракетой-реактором с газовым сердечником . Существует два подхода: открытый и закрытый цикл. В открытом цикле топливо, скорее всего, водород, подается в реактор, нагревается за счет ядерной реакции в реакторе и выходит с другого конца. К сожалению, топливо будет загрязнено топливом и продуктами деления, и хотя проблему можно смягчить за счет гидродинамики внутри реактора, это делает конструкцию ракеты совершенно непригодной для использования в атмосфере.

Можно попытаться обойти эту проблему, удерживая топливо деления магнитным способом, аналогично термоядерному топливу в токамаке . К сожалению, маловероятно, что такое устройство действительно сможет сдержать топливо, поскольку соотношение ионизации и импульса частиц не является благоприятным. В то время как токамак обычно будет содержать однократно ионизированный дейтерий или тритий с массой два или три дальтона , пары урана будут ионизированы не более трех раз с массой 235 дальтон (единица измерения) . Поскольку сила, сообщаемая магнитным полем, пропорциональна заряду частицы, а ускорение пропорционально силе, деленной на массу частицы, магниты, необходимые для удержания газообразного урана, были бы непрактично большими; большинство таких проектов сосредоточено на топливных циклах, которые не зависят от сохранения топлива в реакторе.

В замкнутом цикле реакция полностью защищена от топлива. Реакция содержится в кварцевом сосуде, и топливо просто вытекает из него, нагреваясь косвенным образом. ракеты Замкнутый цикл позволяет избежать загрязнения, поскольку топливо не может попасть в сам реактор, но решение приводит к значительному снижению Isp .

Производство энергии

Для производства энергии можно использовать контейнер, расположенный внутри соленоида. Контейнер наполнен газообразным гексафторидом урана , в котором уран обогащается до уровня, близкого к критичному. После этого гексафторид урана сжимается внешними средствами, тем самым инициируя цепную ядерную реакцию и выделение большого количества тепла, что, в свою очередь, вызывает расширение гексафторида урана. Поскольку UF ₆ содержится внутри сосуда, он не может выйти наружу и поэтому сжимается в другом месте. В результате в контейнере движется плазменная волна, а соленоид преобразует часть своей энергии в электричество с КПД около 20%. Кроме того, контейнер необходимо охлаждать, а из теплоносителя можно извлекать энергию, пропуская его через теплообменник и турбинную систему, как на обычной теплоэлектростанции.

Однако при таком расположении возникают огромные проблемы с коррозией, поскольку гексафторид урана химически очень активен.

См. также

• Ракета-реактор с газовым сердечником
• Движение космического корабля

Ссылки

• Браун, Л.К. (2001). Реактор деления прямого преобразования энергии: годовой отчет за период с 15 августа 2000 г. по 30 сентября 2001 г.
• Найт, Т. (дата неизвестна) Проект щита для космического реактора с паровой активной зоной [онлайн] доступен на archive.org

Внешние ссылки

• «Краткое описание неклассических ядерных систем» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 октября 2004 г. Проверено 28 октября 2005 г.