Die Frage:
Bei Temperaturen über ~5000 K sind keine festen oder flüssigen Materialien oder noch komplexere Moleküle (wie Fullerene und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) stabil , die breitspektrale Schwarzkörperstrahlung effektiv emittieren/absorbieren .
Einfache Moleküle und Atome, die solche Temperaturen überleben, haben sehr schmale Absorptions-/Emissionslinien und einen kleinen Absorptions-/Emissionsquerschnitt. => Sie sind transparent für Wärmestrahlung.
Gibt es etwas, das bei Temperaturen >10.000 K breitbandige Wärmestrahlung emittieren/absorbieren würde?
Was ist mit Plasma? Ich denke, Plasma muss sowohl hoch ionisiert (~ heiß) als auch gleichzeitig dicht sein, um eine hohe Opazität und Absorption für thermisches Licht zu haben (habe ich Recht?). Das ist etwas widersprüchlich. Die Dichte ist umgekehrt proportional zur Temperatur, wenn wir durch den Druck begrenzt sind, sagen wir 100 MPa, während die Ionisierung mit der Temperatur zunimmt. Ist es möglich, die Opazität / Absorption von Gas / Plasma bei ~ 10.000-100.000 K durch Impfen mit Alkalimetall zu erhöhen , das sehr leicht Elektronen freisetzt?
Hintergrund:
Gaskern-Kernreaktor und abgeleitete Gaskern-Kernrakete ist ein Kernspaltungsreaktor, der theoretisch in der Lage ist, Temperaturen über 5000 K (einige Vorschläge sprechen von 40.000-100.000 Kelvin) zu erreichen, was für eine hohe Energieeffizienz der Stromerzeugung (unter Verwendung von MHD-Generatoren ) und hoch wichtig ist spezifischer Impuls einer Atomrakete.
Es gibt ein Konzept des Weltraumantriebs namens nukleare Glühbirnenrakete , die einen hohen spezifischen Impuls erreichen sollte, der molekulares/atomares Wasserstofftreibmittel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20-40 km/s erschöpft, was eine Temperatur von ~25.000-90.000 Kelvin bedeutet.
Für eine effektive Funktion eines solchen Triebwerks ist es notwendig, dass die gesamte Wärme aus dem gasförmigen Kernkern durch Wärmestrahlung auf das Treibmittel übertragen wird. Wasserstofftreibstoff selbst ist jedoch nahezu transparent für Wärmestrahlung. Dies würde dazu führen, dass die Wärme stattdessen auf die Wände der Raketendüse übertragen wird, was die Wände schmelzen und den Reaktor zerstören würde. Um das Treibmittel undurchsichtig zu machen, wurde vorgeschlagen, winzige Staubpartikel aus Wolfram oder Hafnium-Tantal-Carbid-Partikel im Treibgas zu dispergieren. Diese Partikel würden jedoch oberhalb von ~5000 K verdampfen und das Treibgas wieder transparent machen.
Es könnte hilfreich sein, zunächst zu verstehen, warum Gase so schmale Absorptionslinien haben.
Atome in einem Gas sind ziemlich weit voneinander entfernt, weit genug, dass wir ihre Wechselwirkungen ignorieren können, um ihre Orbitale zu analysieren. Das bedeutet, dass die Energie jedes Orbitals nur durch seine Orbitalzahlen definiert ist. 1s-Elektronen in Heliumgas haben alle die gleiche Ionisierungsenergie (Offensichtlich gilt dies nicht für doppelt ionisierendes Helium)
Da Elektronen Fermionen sind, spielt das Fermi-Ausschlussprinzip eine Rolle, wenn zwei Atome nahe genug sind, damit Elektronenorbitale interagieren können. Bei zwei Wasserstoffatomen kann dies durch entgegengesetzten Spin gelöst werden, was H2 erklärt. Aber in einem Festkörper hat man viel mehr Atome dicht beieinander und es gibt nur zwei Spinrichtungen. Das Ergebnis ist, dass Sie Energieverschiebungen erhalten, die die Energiebänder erweitern.
Insbesondere Metalle haben breite Energiebänder, die nur teilweise mit Elektronen gefüllt sind. Dies bedeutet, dass diesen Elektronen viele Energieübergänge zur Verfügung stehen, was bedeutet, dass Photonen mit vielen verschiedenen Energien absorbiert werden können.
Plasma ist so ziemlich das Gegenteil von Festkörpern. Ein Plasma ist im Grunde ein ionisiertes Gas. Da die freien Elektronen nicht mehr an bestimmte Atome gebunden sind, können auch sie verschiedenste Photonen absorbieren. Aber Ihr typisches Plasma ist tatsächlich nicht sehr dicht. Wie würden Sie eine Kraft ausüben, um es zusammenzuhalten? Sterne nutzen die Schwerkraft, aber das wird für Sie nicht funktionieren. Elektromagnetische Kräfte funktionieren aufgrund der Ladungsmischung nicht gut - positive Kerne und negative Elektronen. Schwache und starke Nuklearkräfte sind zu kurzreichweitig.
Die Idee, Wolframpartikel in das Plasma zu injizieren, umgeht die Idee, Energie bei 10000 K zu absorbieren. Diese Partikel sind viel kühler, wenn sie injiziert werden. Das bedeutet, dass Sie nicht mehr von einer stationären Situation sprechen, was die Analyse erheblich erschwert. Diese Partikel werden schnell verdampfen und dann ionisieren, dh die Temperatur erhöhen, aber Sie erreichen nie ein Gleichgewicht, da dies ein Raketenabgas ist. Sie injizieren ständig neue Partikel, während die Ionen weggetragen werden.
ehrliche_vivere
Prokop Hapala
ehrliche_vivere
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