Какими функциями безопасности должен обладать коммерческий ядерный реактивный самолет?

Ядерный двигатель должен быть в черном ящике.

Обычно используемый для хранения бортовых самописцев, черный ящик (на самом деле не черный) очень прочен и тщательно протестирован в неблагоприятных условиях.

Теперь к тестированию, которое безумно интенсивно:

1. Черный ящик выстреливается из воздушной пушки с силой в 3400 раз превышающей силу гравитации (или 3400 G, если вы круты/до сих пор любите цитировать Top Gun). Он поражает алюминиевую мишень примерно с такой же силой, как гигантский реактивный самолет, падающий на землю.

2. В течение пяти жестоких минут он подвергается воздействию давления в 5000 psi (фунтов на квадратный дюйм), чтобы убедиться, что он может выдержать продолжительное воздействие.

3. Чтобы проверить его на огнестойкость, коробку помещают в огненный шар при температуре 2000 градусов на час. Без солнцезащитного крема.

4. Затем испытатели делают полноценный Жак Кусто и бросают его в резервуар с морской водой под давлением, имитируя давление воды на глубине 20 000 футов под поверхностью. На 24 часа. В среде с немного меньшим давлением он должен выдержать 30 дней, полностью погрузившись в соленую воду.

5. А если всего этого недостаточно, на коробку с высоты 10 футов падает груз весом 500 фунтов с торчащим штифтом на четверть дюйма, чтобы убедиться, что он не проколется.

Если все идет хорошо, устройство проходит серию диагностических тестов, чтобы убедиться, что оно все еще работает.

Аналогичные испытания потребуются и ядерному двигателю, чтобы убедиться, что самолет может упасть с неба и разбиться, а ядерный материал не вытечет.

Также должно быть очень сложно украсть отходы. Медвежатник мог бы сделать это вовремя, но не быстро.

Требования к весу были бы значительными, но дополнительная мощность должна позволить вам запускать более мощные двигатели, так что это уравновешивает.

Конструкция отходов и траектория полета должны быть такими, чтобы они были менее уязвимы для терроризма.

Некоторый риск понятен. Больницы и промышленники уже используют много радиоактивных материалов и имеют паршивую систему безопасности, а у нас еще не было грязной бомбы.

Тем не менее, схема полета и утилизация отходов должны быть сделаны так, чтобы свести риск к минимуму. Они не должны летать над странами, которые могут их похитить, и не должны приземляться в странах, где на них могут напасть. Они должны убедиться, что отходы хранятся в форме керамики или стекловидного стекла, что затрудняет превращение их в грязную бомбу.

Специальное катастрофоустойчивое топливо.

Реактор деления означает, что вам нужны делящиеся элементы. Эти элементы можно обрабатывать, чтобы свести к минимуму вероятность их попадания в воздух или воду в случае катастрофы или даже вероятность их участия в неконтролируемой реакции. Пример: тризотопливо.

Триструктурно-изотропное (ТРИЗО) топливо представляет собой разновидность микротопливных частиц. Он состоит из топливного ядра, состоящего из UOX (иногда UC или UCO) в центре, покрытого четырьмя слоями из трех изотропных материалов, осажденных посредством химического осаждения из паровой фазы в псевдоожиженном слое (FCVD). Четыре слоя представляют собой пористый буферный слой из углерода, который поглощает отдачу продуктов деления, за которым следует плотный внутренний слой защитного пиролитического углерода (PyC), за которым следует керамический слой SiC для удержания продуктов деления при повышенных температурах и придания TRISO частица более структурная целостность, за которой следует плотный внешний слой PyC. Затем частицы TRISO инкапсулируются в цилиндрические или сферические гранулы графита.

Они находятся в маленьких топливных челюстях. Не ешьте их! Ну, один, вероятно, будет в порядке. В любом случае покрытие держит топливо под контролем. Об этом много говорят - топливо QUADRISO и т.д.

Грязная бомба все еще возможна. Им нужно будет расколоть и обработать топливо с покрытием, чтобы позволить радиоактивным материалам рассеяться вместе с грязной бомбой. Это потребует некоторых усилий.

Мне также приходит в голову, что использование необычного, но законного топлива, такого как торий или необогащенный металлический уран, может ограничить полезность для террористов, которые хотят захватить эти материалы для изготовления ядерной бомбы. Планы бомбы, вероятно, довольно специфичны в отношении исходных материалов.

В дополнение к другим упомянутым пунктам

Вам понадобится много защиты.

Реакции деления испускают много нейтронов. Нейтроны нуждаются в хорошей защите, но гамма-излучение представляет собой еще более серьезную проблему. Рисунок на стене из свинца толщиной 60 см для уменьшения гамма-излучения в 1000 раз. Учитывая интенсивность излучения в активной зоне, я бы, наверное, указал 100 см свинца. Это, конечно, будет безумно тяжело летать.

Выбросьте все конструкции высокого давления.

Дополнительный вес для летающего защитного сосуда был бы безумием. Большинство наших коммерческих реакторов основаны на реакторах под давлением, поэтому вы должны использовать конструкцию, для которой имеется ограниченный опыт. Например, конструкции из расплавленной соли, предложенные для ядерных самолетов для ВВС США. Обратите внимание, что ограниченный опыт проектирования означает дополнительные затраты и задержку, чтобы получить лицензию даже на полет на испытательном самолете, независимо от того, смогли ли ваши гениальные инженеры правильно спроектировать проект с первого раза.

Конструкция вашего реактора должна подходить для условий невесомости или отрицательной гравитации.

Даже если вы не планируете выполнять боевые маневры в полете или что-то в этом роде, сильные воздушные потоки могут привести к отрицательной гравитации самолета. Было бы очень хорошо, если бы ваша установка была спроектирована так, чтобы справляться с этим состоянием, а не переходить в сверхкритическое состояние во время такого события. Я знаю, что некоторые конструкции реакторов потерпят неудачу, потому что они основаны на гравитации (например, бассейны с охлаждающей жидкостью).

Материалы, подвергающиеся воздействию радиации, повреждаются им.

Бомбардировка инженерных материалов жестким излучением вызывает как химические, так и ядерные изменения. Все материалы в таких зонах должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать ожидаемое радиационное воздействие с приемлемой деградацией, и это почти наверняка означает, что следует ожидать ускоренных проверок и графиков замены.

Еще больше избыточных функций безопасности

Людям нравятся их избыточные меры безопасности, когда ядерное оружие находится на земле за укрепленными бункерами. Прежде чем они позволят вам летать, ожидайте, что требуемые функции безопасности будут удвоены.

Не забудьте свой парашют на весь самолет

Люди будут нервничать из-за ядерных самолетов. Трудно представить, что это не будет требованием лицензии, когда кто-то решит, что это необходимая функция безопасности. Я почти уверен, что буду лоббировать это (после продажи ваших акций).

Некоторая серьезная ответственность обязательна в порядке

Хорошо, скажем, вы управляете своим парком ядерных самолетов, и какой-то террорист сбивает один из них ракетой. Когда вы потеряете контроль посреди большого города, вы столкнетесь с огромным групповым иском. Без такой облигации у вас не будет инвесторов или лицензии на деятельность. Возможно, не то оборудование для обеспечения безопасности, о котором вы думали, но, тем не менее, необходимое.

Экстренная остановка

Ядерный реактор в самолете должен иметь самую важную функцию безопасности, которая есть у любого ядерного источника энергии: аварийную остановку. В этом случае эта остановка может произойти на высоте 40 000 футов в самолете с пассажирами и с небольшими возможностями планирования из-за его веса.

Потребуются по крайней мере три очень больших и прочных парашюта, а также у воды, чтобы безопасно спустить самолет.

Без парашютов, чтобы иметь возможность безопасно приземлиться в любое время, рассмотрите двигательную установку, которая может работать как на ядерной энергии, так и на топливе (керосин), гибридная конструкция двигателя была введена русскими, когда они разработали Туполев Ту-119, который пришел на смену их раннему ядерному прототип Ту-95.

Аварийное охлаждение

Атомный источник энергии нуждается в аварийном охлаждении и наличии соответствующего количества охлаждающей жидкости. В подводной лодке прохладной воды предостаточно, просто ей нужен безопасный вход. Но в самолете установка охлаждения и ее охлаждающая жидкость значительно увеличили бы вес самолета.

Экранирование

Вопрос веса тоже. Смотрите другие ответы. Военные прототипы на нем потерпели неудачу, исх. The Atlantic, январь 2019 г.

Большая проблема с питанием самолета, использующего ядерный реактор, — это излучение.

Вещества, используемые для предотвращения утечки радиации: свинец, вода или бетон, очень тяжелые.

Рассмотрим случай с NB36H , американским бомбардировщиком B-36, модифицированным для установки небольшого ядерного реактора. Реактор на самом деле не питал самолет, это был просто тест, чтобы выяснить, что произойдет, если вы поместите реактор в самолет.

GE провела некоторые ранние работы над реактивным двигателем, в котором для питания двигателя использовалось тепло реактора, а не сжигалось топливо. Проблема заключалась в том, что он имел тенденцию излучать частицы в воздухе, оставляя радиоактивный след. Базы, на которых эксплуатировался такой самолет, имели бы настоящую проблему с остаточным излучением.

Боевой отсек NB36H был облицован 11 тоннами свинца, что делало его очень тяжелым. И хотя NB36H летал несколько раз и защита была признана эффективной, катастрофа, которая могла произойти в результате крушения, включая неконтролируемое расплавление активной зоны реактора, положила конец этой идее.

У Советов была почти идентичная программа, TU95LAL , от которой отказались по той же причине: радиоактивный след, который он оставил в воздухе, и ужасные последствия крушения.

Предположительно, самолет с ядерным двигателем будет использовать аналогичную систему защиты, но он также столкнется с двойной проблемой: оставлением радиоактивного следа в воздухе и последствиями крушения.