Сколько жидкого водорода, чтобы остановить нейтронное излучение?

У меня есть космический корабль, оснащенный эффективным водородным термоядерным двигателем, но двигатель производит большое количество опасного нейтронного излучения в качестве побочного эффекта, и эти нейтроны не захватываются и не направляются от корабля его магнитным соплом. К счастью, мои исследования показывают, что соединения на основе водорода могут эффективно блокировать нейтроны, а жидкий водород, безусловно , основан на водороде, поэтому я планирую, чтобы корабль использовал собственное резервное топливо в качестве радиационной защиты.

Вопрос: Насколько глубоким должен быть контейнер с жидким водородом, чтобы надежно остановить нейтронное излучение?

Анейтронный синтез — это вещь. Однако не работает с обычным «легким» водородом.
@AlexP, я думал об этом, но, учитывая обстоятельства постройки корабля, наличие «чистого» реактора, работающего на обычном водороде, лучше соответствует истории. Если мне не нравится ответ, я могу вместо этого перейти к реакции гелия-3 в гелий-3.
Думали ли вы, что происходит с экипажем, когда ему приходится использовать запас топлива? Резерв, как правило, предназначен для того, чтобы доставить вас в безопасное место, а не лишить вас этой безопасности, подвергая вас воздействию радиации.
@Christian Это будет последняя часть топлива, которое будет использовано после того, как корабль выгрузит свой человеческий груз (через посадочные модули для колонизации) и будет перепрофилирован в корабль-робот, устанавливающий автономную добычу полезных ископаемых в поясе астероидов системы.
@TPK Отличная идея.
Это может быть полезно. nasa.gov/feature/goddard/… В нем говорится, что НАСА изготовило волокна из гидрогенизированных нанотрубок, и волокна могут обеспечить значительную защиту. Я думаю, это означает, что это не займет много времени, но я не уверен, как рассчитать правильную сумму.
Что ж, я думаю, что в термоядерном реакторе ИТЭР будет использоваться метр или около того жидкого лития как в качестве нейтронной защиты, так и в качестве воспроизводителя трития, я полагаю, что жидкий водород потребуется в аналогичных количествах. Я предполагаю, что потребуется метр или два, чтобы справиться с основной массой нейтронов, и, возможно, несколько графитовых плиток, чтобы отразить последние нейтроны обратно в LH2.

Ответы (1)

Защита от нейтронов состоит из трех частей:

1) быстрые нейтроны - атомы водорода в воде или парафине служат для замедления нейтронов. Нейтроны делятся своей энергией, упруго рассеиваясь на протонах. Нейтроны в итоге поровну делят энергию с протонами, «термализованными» до энергии комнатной температуры. Я не видел точных расчетов для жидкого водорода, но в нем больше атомов H на кубический метр, чем в воде, поэтому таблицы водяной защиты должны быть приблизительными. Необходимое количество зависит от падающего потока и приемлемой утечки быстрых нейтронов, но 3-8 м должны охватывать большой динамический диапазон.

2) Тепловые нейтроны все же опасны, поэтому их нужно поглощать. Водород имеет небольшой шанс поглотить их, но для водяных экранов лучше всего смешивать с бором из-за большой вероятности его поглощения. Бор также имеет интересные аспекты термоядерного синтеза, поэтому, возможно, он может правдоподобно смешиваться с вашим топливом. Но если нет, поставьте несколько см в качестве стены щита.

3) Но вам также нужно остановить гамма 2,2 МэВ от поглощения нейтронов на H. Они неприятны. Если у вас есть другие потребности в защите от гамма-излучения, вы можете комбинировать их. В противном случае вам понадобится либо материал с высоким Z, либо куча воды. (Важно не допускать попадания быстрых нейтронов в эту воду, иначе вам придется начинать все сначала с защитой от тепловых нейтронов и гамма-излучения.)

Я могу добавить к этому числа, если у вас есть оценка количества нейтронов в секунду.

Так что я бы также хотел что-то вроде карбида бора или похожего вещества между баками с жидким водородом и боевым отделением, или даже просто обшивкой всего боевого отделения. Похоже, это сработает.
Карбид бора хорош для нейтронов, но не так хорош для гамма-излучения. Для этого вам нужно что-то с более тяжелыми ядрами. Сталь и титан оказались довольно хорошими, а алюминий — в порядке, поэтому, если вы можете разместить структурные элементы вашего корабля за пределами места для экипажа, это покроет некоторые потребности.
sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/… Эта ссылка представляет собой исследование, в котором 1 см свинца остановил половину гамма-излучения от некоторого Cobolt-60, который излучает гамма-излучение 1,3 МэВ. Итак, где-то порядка четверти метра звучит разумно для свинца?
25 см Pb, вероятно, достаточно снизят поток (в зависимости от того, какую мощность должен выдавать ваш термоядерный реактор). Он массивный, но Pb для этого достаточно эффективен. (Если вы хотите исследовать материалы, найдите «Длина излучения» в единицах г/см2. Это количество граммов материала, которое вам нужно, чтобы экранировать 1/см2 достаточно, чтобы уменьшить гамма-излучение на 1/e; для свинца это 6,37. gm: pdg.lbl.gov/2015/AtomicNuclearProperties/HTML/lead_Pb.html ) Но материал, который уже есть, всегда более эффективен, чем экранирующий материал, который вы должны добавить.
Сколько жидкого водорода, чтобы остановить нейтронное излучение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v