Gassformet fisjon reaktor - Gaseous fission reactor

En gass ​​kjernefysisk reaktor (eller gassdrevet reaktor eller dampkjernereaktor ) er en foreslått type kjernefysisk reaktor der kjernefysisk brensel ville være i en gassformig tilstand enn flytende eller fast stoff. I denne reaktortypen ville de eneste temperaturbegrensende materialene være reaktorveggene. Konvensjonelle reaktorer har strengere begrensninger fordi kjernen ville smelte hvis drivstofftemperaturen skulle stige for høyt. Det kan også være mulig å begrense gassformet drivstoff magnetisk, elektrostatisk eller elektrodynamisk slik at det ikke vil berøre (og smelte) reaktorveggene. En potensiell fordel med det gassformede reaktorkjernekonseptet er at i stedet for å stole på den tradisjonelle Rankine- eller Brayton- konverteringssyklusen, kan det være mulig å trekke ut elektreto-magnetohydrodynamisk, eller med enkel direkte elektrostatisk konvertering av de ladede partikler.

Operasjonsteori

Damp core-reaktoren (VCR), også kalt en gasskjerne-reaktor (GCR), har blitt studert i noen tid. Den vil ha en gass- eller dampkjerne sammensatt av uran tetrafluorid (UF 4 ) med noe helium ( 4 He) tilsatt for å øke den elektriske ledningsevnen. Dampkjernen kan også ha små UF 4- dråper i seg. Den har både landbaserte og rombaserte applikasjoner. Siden romkonseptet ikke nødvendigvis trenger å være økonomisk i tradisjonell forstand, tillater det berikelsen å overskride det som ville være akseptabelt for et bakkesystem. Det gir også mulighet for et høyere forhold mellom UF 4 og helium, som i bakkeversjonen vil bli holdt akkurat høy nok til å sikre kritikk for å øke effektiviteten ved direkte konvertering. Den bakkeversjonen er designet for en innløpstemperatur på dampkjerne på omtrent 1500 K og en utløpstemperatur på 2500 K og et UF 4 til helium-forhold på rundt 20% til 60%. Det antas at utløpstemperaturen kan heves til temperaturen i området 8.000 til 15.000 K der eksosen ville være en fisjon-generert elektronisk gass som ikke er likevekt, noe som ville ha mye mer betydning for en rakettutforming. En bakken versjon av videospillerens flytskjema finnes i referanse 2 og i sammendraget av ikke-klassiske kjernefysiske systemer i den andre eksterne lenken. Det rombaserte konseptet vil bli avskåret på slutten av MHD-kanalen.

Begrunnelse for He-4 tillegg

4 Han kan brukes til å øke designens evne til å hente ut energi og bli kontrollert. Noen få setninger fra Anghaie et al. kaster lys over resonnementet:

" Krafttettheten i MHD-kanalen er proporsjonal med produktet av elektrisk ledningsevne , kvadratet hastighet og kvadratet magnetfelt σv²B². Derfor er entalpieekstraksjonen veldig følsom for MHD inngangs- og utgangs-fluidforhold. Dampkjernereaktoren gir en varmere- enn-mest væske med potensial for tilstrekkelig termisk likevektsledningsevne og kanalhastigheter. Tatt i betraktning av produktet v² × B², er det tydelig at et lett arbeidsfluidum skal dominere de termiske egenskapene og UF 4- fraksjonen bør være liten. Ytterligere forbedring av elektrisk ledningsevne kan være nødvendig fra termisk ionisering av egnede kimingsmaterialer, og fra ikke-likevekts ionisering av fisjonsfragmenter og andre ioniserende stråling som frembringes av fisjonsprosessen ".

Romfartøy

Romfartsvarianten av den gassformige fisjonreaktoren kalles gasskjerne-reaktorraketten . Det er to tilnærminger: åpen og lukket syklus. I åpen syklus tilføres drivmidlet, mest sannsynlig hydrogen, til reaktoren, oppvarmes av kjernefysiske reaksjon i reaktoren og går ut i den andre enden. Dessverre vil drivmidlet være forurenset av brensel og fisjoneringsprodukter, og selv om problemet kan bli redusert ved å konstruere hydrodynamikken i reaktoren, gjør det rakettutformingen fullstendig uegnet til bruk i atmosfæren.

Man kan forsøke å omgå problemet ved å begrense fisjonasjonsdrivstoffet magnetisk, på en måte som ligner fusjonsdrivstoffet i en tokamak . Dessverre er det ikke sannsynlig at denne anordningen faktisk vil fungere for å inneholde drivstoffet, siden forholdet mellom ionisering og partikkel momentum ikke er gunstig. Mens en tokamak generelt vil arbeide for å inneholde enkeltvis ionisert deuterium eller tritium med en masse på to eller tre dalton , vil urandampen på det meste tredobbelt ioniseres med en masse på 235 dalton (enhet) . Siden kraften som blir gitt av et magnetfelt er proporsjonal med ladningen på partikkelen, og akselerasjonen er proporsjonal med kraften delt av massen til partikkelen, ville magnetene som kreves for å inneholde urangass være upraktisk store; de fleste slike design har fokusert på drivstoffsykluser som ikke er avhengige av å beholde drivstoffet i reaktoren.

I den lukkede syklusen er reaksjonen fullstendig skjermet for drivmidlet. Reaksjonen er inneholdt i et kvartsbeholder og drivmidlet flyter bare utenfor det og blir oppvarmet på en indirekte måte. Den lukkede syklusen unngår forurensning fordi drivmidlet ikke kan komme inn i selve reaktoren, men løsningen bærer en betydelig straff mot rakettens Isp .

Energiproduksjon

For energiproduksjonsformål kan man bruke en beholder som er plassert inne i en magnetventil. Beholderen er fylt med gassformig uranheksafluorid , der uran er beriket, til et nivå som bare er kort av kritisk. Etterpå komprimeres uranheksafluorid ved hjelp av ytre midler, og starter dermed en kjernekjedereaksjon og en stor mengde varme, noe som igjen fører til en utvidelse av uranheksafluorid. Siden UF 6 er inne i fartøyet, kan den ikke unnslippe og komprimerer dermed andre steder. Resultatet er en plasmabølge som beveger seg i beholderen, og magnetventilen konverterer noe av sin energi til elektrisitet på et virkningsgrad på omtrent 20%. I tillegg må beholderen avkjøles, og man kan hente ut energi fra kjølevæsken ved å føre den gjennom en varmeveksler og turbinanlegg som i et vanlig termisk kraftverk.

Imidlertid er det enorme problemer med korrosjon under dette arrangementet, da uranheksafluorid kjemisk er veldig reaktivt.

Se også

referanser

  1. ^ Anghaie, S., Pickard, P., Lewis, D. (ukjent dato). Gas Core & Vapor Core Reactors - konseptoppsummering
  • Brown, LC (2001). Direkte energikonversjonsfisjonsreaktor: Årsrapport for perioden 15. august 2000 Gjennom 30. september 2001
  • Knight, T. (ukjent dato) Shield Design for a Space Based Vapor Core Reactor [online] tilgjengelig på archive.org

Eksterne linker