Fisjon-fragment rakett - Fission-fragment rocket
Den fisjon-fragmentet rakett er en rakettmotor utforming som direkte utnytter varme kjernefisjonsprodukter for skyvekraft , i motsetning til ved bruk av en separat væske som arbeider masse . Designet kan, i teorien, produsere veldig høy spesifikk impuls mens den fremdeles ligger godt innenfor evnene til dagens teknologi.
Designhensyn
I tradisjonell kjernefysisk termisk rakett og relaterte design genereres kjernekraften i en eller annen form for reaktor og brukes til å varme opp arbeidsfluid for å generere skyvekraft. Dette begrenser designene til temperaturer som gjør at reaktoren kan forbli hel, selv om smart design kan øke denne kritiske temperaturen i titusenvis av grader. En rakettmotors effektivitet er sterkt relatert til temperaturen på utmattet arbeidsfluid, og i tilfelle de mest avanserte gasskjernemotorene tilsvarer det en spesifikk impuls på ca 7000 s I sp .
Temperaturen til en konvensjonell reaktordesign er gjennomsnittstemperaturen til drivstoffet, hvorav de aller fleste ikke reagerer på et gitt øyeblikk. Atomer som gjennomgår fisjon har en temperatur på millioner av grader, som deretter spres ut i det omkringliggende drivstoffet, noe som resulterer i en samlet temperatur på noen få tusen.
Ved fysisk å ordne drivstoffet i veldig tynne lag eller partikler, kan fragmentene fra en kjernefysisk reaksjon rømme fra overflaten. Siden de vil bli ionisert på grunn av reaksjonens høye energi, kan de håndteres magnetisk og kanaliseres for å produsere skyvekraft. Det gjenstår imidlertid mange teknologiske utfordringer.
Undersøkelser
Roterende drivstoffreaktor
Et design av Idaho National Engineering Laboratory og Lawrence Livermore National Laboratory bruker drivstoff plassert på overflaten av en rekke meget tynne karbonfibre , anordnet radialt i hjul. Hjulene er normalt underkritiske . Flere slike hjul ble stablet på en felles aksel for å produsere en enkelt stor sylinder. Hele sylinderen ble rotert slik at noen fibre alltid var i en reaktorkjerne der omgivende moderator fikk fibrene til å bli kritiske. Spaltningsfragmentene på overflaten av fibrene vil bryte løs og kanaliseres for skyvekraft. Fiberen roterer deretter ut av reaksjonssonen for å avkjøle for å unngå smelting.
Effektiviteten til systemet er overraskende; spesifikke impulser på mer enn 100 000 s er mulig ved bruk av eksisterende materialer. Dette er høy ytelse, selv om vekten av reaktorkjernen og andre elementer vil gjøre den totale ytelsen til fisjon-fragment-systemet lavere. Likevel gir systemet den slags ytelsesnivåer som vil muliggjøre et interstellært forløperoppdrag.
Støvete plasma
Et nyere designforslag av Rodney L. Clark og Robert B. Sheldon øker teoretisk effektiviteten og reduserer kompleksiteten til en fisjon fragment raket samtidig over det roterende fiberhjulforslaget. I sin utforming holdes nanopartikler av spaltbart drivstoff (eller til og med drivstoff som naturlig vil forfalle radioaktivt) i et vakuumkammer underlagt et aksialt magnetfelt (fungerer som et magnetisk speil ) og et eksternt elektrisk felt . Når nanopartiklene ioniserer når fisjon oppstår, blir støvet suspendert i kammeret. Partiklernes utrolig høye overflateareal gjør strålingskjøling enkel. Det aksiale magnetfeltet er for svakt til å påvirke bevegelsene til støvpartiklene, men sterkt nok til å kanalisere fragmentene i en stråle som kan bremses for kraft, tillates å slippes ut for skyvekraft, eller en kombinasjon av de to. Med eksoshastigheter på 3% - 5% lysets hastighet og effektivitet opptil 90%, skal raketten være i stand til å oppnå over 1.000.000 sek I sp .
Er 242m som kjernefysisk drivstoff
I 1987 Ronen & Leibson publisert en studie på anvendelser av 242m Am (en av de isotoper av americium ) som kjernebrensel til plasskjernereaktorer , og bemerker dens ekstremt høye termiske tverrsnitt og energitetthet . Atomsystemer drevet av 242m Am krever mindre drivstoff med en faktor på 2 til 100 sammenlignet med konvensjonelle kjernefysiske drivstoff .
Spaltningsfragmentrakett ved bruk av 242m Am ble foreslått av George Chapline ved LLNL i 1988, som foreslo fremdrift basert på direkte oppvarming av drivgass ved splittelsesfragmenter generert av et fissilt materiale. Ronen et al. demonstrere at 242m Am kan opprettholde vedvarende kjernefysisk fisjon som en ekstremt tynn metallfilm, mindre enn 1/1000 millimeter tykk. 242m Am krever bare 1% av massen på 235 U eller 239 Pu for å nå sin kritiske tilstand. Ronens gruppe ved Ben-Gurion University of the Negev viste videre at kjernefysisk drivstoff basert på 242m Am kunne få fart på romfartøy fra jorden til Mars på så lite som to uker.
242m Ams potensial som kjernefysisk drivstoff stammer fra det faktum at det har det høyeste termiske fisjonstverrsnittet (tusenvis av fjøs ), omtrent 10 ganger det nest høyeste tverrsnittet over alle kjente isotoper. 242m Am er fissilt (fordi det har et oddetall nøytroner ) og har en lav kritisk masse , sammenlignbar med den for 239 Pu . Den har et veldig høyt tverrsnitt for fisjon, og blir ødelagt relativt raskt i en atomreaktor. En annen rapport hevder at 242m Am kan opprettholde en kjedereaksjon selv som en tynn film, og kan brukes til en ny type atomrakett .
Siden det termiske absorpsjonstverrsnittet på 242m Am er veldig høyt, er den beste måten å oppnå 242m Am ved å fange opp raske eller epitermale nøytroner i Americium-241 bestrålt i rask reaktor . Imidlertid er hurtigspektrumreaktorer ikke lett tilgjengelige. Detaljert analyse av 242m Am-produksjon i eksisterende PWR-er ble gitt i. Spredningsmotstand på 242m Am ble rapportert av Karlsruhe Institute of Technology 2008-studien.
I 2000 utvidet Carlo Rubbia på CERN arbeidet til Ronen og Chapline med fisjon-fragment rakett med 242m Am som drivstoff. Prosjekt 242 basert på Rubbia-design studerte et konsept med 242m Am-basert Thin-Film Fission Fragment Heated NTR ved å bruke direkte konvertering av den kinetiske energien til fisjon fragmenter til økning av entalpi av en drivgass. Prosjekt 242 studerte anvendelsen av dette fremdriftssystemet på et bemannet oppdrag til Mars. Foreløpige resultater var meget tilfredsstillende, og det er observert at et fremdriftssystem med disse egenskapene kan gjøre oppdraget mulig. En annen studie fokuserte på produksjon av 242m Am i konvensjonelle termiske kjernefysiske reaktorer.