Действительно ли энергетические ядерные реакторы (включая усовершенствованные конструкции) намного менее «агрессивны» по конструкции, чем активные зоны NTR?

Насколько я понимаю, твердотопливные ядерные тепловые ракетные реакторы представляют собой чрезвычайно агрессивные конструкции, работающие на пределе возможностей материалов и обладающие невероятно высокой удельной тепловой мощностью.

Обладают ли такими же свойствами космические ядерные реакторы, предназначенные для выработки большого количества электроэнергии?

Вы понимаете, что сравниваете совершенно разные технологии? Кроме того, что вы подразумеваете под агрессивным?
В ядрах НТП температура близка к 2000С, чтобы достичь Isp 900+с. Наиболее агрессивным соединением является водород, который, как известно, охрупчивает большинство металлов. В ракетах NTP замедлители нейтронов и поглотители представляют собой хрупкую керамику, склонную к растрескиванию при высоких вибрациях. Обычным типом ядерных устройств, предназначенных для выработки электроэнергии в космосе, являются РИТЭГи. У них есть кусок радиоактивного материала, обычно диоксида Pu238 или Sr90, помещенного в контейнер. Внешняя стенка контейнера окружена термопарами, к которым прикреплены радиаторы. Это довольно безопасная технология.
Это вопрос о реакторах деления, а не о РИТЭГах. Да, я понимаю, что сравниваю разные технологии, в том-то и дело.
Чтобы нагреть топливо, тепло должно перейти от конструкции к газу, поэтому конструкция будет горячее газа, в отличие от химических ракет, которые активно охлаждают конструкцию. Таким образом, чтобы получить полезную температуру выхлопных газов, конструкция должна быть чертовски горячей. В противном случае нет никакого преимущества перед химическими ракетами. Энергетический реактор не выбрасывает свое рабочее тело, а прокручивает его, поэтому нет проблем с их запуском при более низких температурах.
@ikrase - до сих пор ядерный реактор, используемый в космосе, использует термоэлектронное преобразование тепла в электричество. Принципиально они аналогичны РИТЭГам, с тем отличием, что термопары не присоединены непосредственно к источнику тепла. Тепло улавливается жидкими металлами (натрий, NaK, Li-6) и подается на термопары. Исключением является экспериментальный NR Kilopower, в котором для преобразования тепла в электричество используется двигатель Стирлинга со свободным поршнем.
Не могли бы вы объяснить значение менее «агрессивного» дизайна?

Ответы (2)

NTR (ядерная тепловая ракета) работает на уровнях мощности примерно от 1,2 до многих сотен гигаватт.

При массе активной зоны менее 1/1000 массы «нормального» наземного ядерного энергетического реактора аналогичной мощности.

ЯТР работает при температуре активной зоны около 3000К
Энергетический реактор работает при температуре активной зоны около 300С (570К-иск)

Да, с этой точки зрения NTR «агрессивен».

По сравнению с космическими ядерными энергосистемами деления: они просто НЕ очень хорошо масштабируются без экранирующих и охлаждающих способностей наземных систем. Если только вы не включите экранирование и защитную оболочку и не замените внешнюю гравитационную систему водяного охлаждения автономной системой радиационного охлаждения с замкнутым контуром. В таком случае космический реактор будет БОЛЕЕ массивным, чем наземная электростанция.

В настоящее время абсолютным достижением в области электроэнергетических ядерных реакторов, пригодных для использования в космосе, являются блоки KiloPower . Которые, как следует из названия, обеспечивают мощность в диапазоне однозначных киловатт. И он еще не совсем готов, ТРЛ 5-6 или около того. (натурные, лабораторные испытания, опытных образцов, во внеполевых условиях)

При 1500 кг каждый для блока мощностью 1 кВт масса на мощность несколько ... разочаровывает. Кластер, соответствующий мощности самого маленького NERVA, будет весить 1700 метрических тонн.

Меня не интересует сравнение с немобильными энергетическими реакторами.
1,21 гигаватт? Отличные шотландцы, Марти!
@DrSheldon 1137 МВт в случае прототипа NERVA. может поэтому и забросили, не дошло до wan point twenny wan jiggerwhats?
@ikrase добавил информацию о системах KiloPower, лучших, которые у нас есть для реакторов космического класса.

Я утверждаю, что эти типы реакторов нельзя сравнивать напрямую.

В то время как высокая «альфа» (мощность/масса) желательна как для НТР, так и для реакторов для выработки электроэнергии, ограничивающим фактором, вызывающим наибольшую головную боль для материалов НТР, является температура реактора, при этом Isp пропорциональна квадратному корню из температуры (не совсем пропорциональна , из-за диссоциации водорода).

Isp, в свою очередь, оказывает экспоненциальное влияние на массу транспортного средства из-за тирании ракетного уравнения.

С другой стороны, в реакторе, вырабатывающем электроэнергию, температура не влияет на Isp при использовании в качестве электрического двигателя.

Однако температура действительно влияет на термодинамическую эффективность, поскольку тепловой двигатель с более высоким градиентом температуры более эффективен (с убывающей отдачей). Кроме того, это усложняется тем, что тепловые двигатели в космосе работают «горячими» на холодном конце, чтобы уменьшить массу радиатора.

Таким образом, хотя масса системы является общей целью, она рассчитывается по-разному. Для НТР масса в основном двигатель + топливо, а для электрической системы это реактор + тепловая машина + радиаторы.
И хотя пиковая температура является общей целью, она регулируется другими физическими законами, скоростью газа и эффективностью теплового двигателя.
Кроме того, NTR обеспечивает высокий импульс в течение нескольких минут, в то время как электрические системы обеспечивают небольшой импульс в течение нескольких месяцев. Даже профили миссий не сопоставимы.

Это яблоки к апельсинам, так что "агрессивность" особого значения не несет.

Действительно ли энергетические ядерные реакторы (включая усовершенствованные конструкции) намного менее «агрессивны» по конструкции, чем активные зоны NTR?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v