Könnte ein "nuklearer Turbojet" gebaut werden?

Da ich selbst mit Düsentriebwerken vertraut bin, frage ich mich, ob ein ähnliches Gerät gebaut werden könnte, um hoch zu liefern ICH sp und hoher Schub im Vakuum und im Weltraum . Mit der altbewährten Turbojet-Formel als Analogie --

  • Einlass. Damit wäre die Speicherung von Treibmittel, sprich Wasserstoff, immer am Ort M = 0 für einen Raketenmotor. Denn wir streben einen hohen Schub und ein Hoch an ICH sp , ist der Massenstrom sehr gering, sodass ein Elektroantrieb ausreicht, um eine Treibmittelpumpe anzutreiben. Das gasförmige Treibmittel sehr geringer Dichte wird anschließend durch eine HF-Antenne zu einem Niedertemperaturplasma ionisiert.
  • Mehrstufiger Kompressor. Das Düsentriebwerk benötigt dies, um eine stabile Strömungsrichtung herzustellen, und es ist ein notwendiger Bestandteil des Brayton-Zyklus. Ich stelle mir also vor, dass dies für Plasma mehr oder weniger dasselbe ist. Für einen nuklearen Turbostrahl wären dies kaskadierende Stufen von magnetohydrodynamischen Antrieben mit konvergierendem Querschnitt und Diffusoren, was einfach ein Abschnitt mit einem divergierenden Querschnitt ist, ich nehme eher dies als den anderen Weg an, weil das Plasma heiß und absolut ist Die Anzahl der lokalen Schallgeschwindigkeit muss sehr hoch sein, damit die Komprimierung im Unterschall erfolgt. Oder dies könnte in einer einfachen Stufe für Plasma erfolgen.
  • Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung. Hier ist der Teil, der nukleare Turbojets von konventionellen unterscheidet. Damit die Spaltung stattfinden kann, muss auch der Brennstoff gepresst werden. Ich weiß nicht, ob Sie dies einfach tun können, indem Sie ionisiertes Plutonium oder Uran ausstoßen und es zusammendrücken, oder ob Sie einen ionisierten Stampfer benötigen, um es für eine vollständigere Verbrennung einzudämmen, und ob die Brennzeit für die Spaltung kürzer gemacht werden kann als die Verweilzeit im Verbrennungsabschnitt. Wie bei einem Strahltriebwerk erreicht der Druck vor dieser Phase seinen Höhepunkt und geht von hier aus nur noch bergab, sodass Abgase aus dem hinteren Ende austreten. Ich weiß auch nicht, ob es eine magnetische Äquivalenz eines Flammenhalters gibt, um Wirbel im Plasma zu induzieren, um die Verbrennung zu unterstützen.
  • Turbine. Dies wäre ein magnetohydrodynamischer Generator, der den magnetohydrodynamischen Antrieb der Brennkammer speist.
  • Düse. Eine variable de Laval-Magneto-Düse.

Ein Düsentriebwerk ist stromlinienförmig, hat im Vergleich zu seinem gepulsten Gegenstück, dem Kolbentriebwerk, sehr geringe Vibrationen und hat die erstaunliche Fähigkeit, fast jeden Kohlenwasserstoff auf dem Markt zu verbrennen, vorausgesetzt, Sie können ihn aus der Kraftstoffleitung ausstoßen. Ich stelle mir vor, Plasma unterscheidet sich nicht wesentlich von Gas, und ein nuklearer Turbojet könnte ähnliche Vorteile bieten und gleichzeitig eine sehr hohe Abgasgeschwindigkeit und damit einen starken Schub bei einem geringen Massendurchsatz bieten.

Ist dieser Motor machbar, wenn wir die supraleitende Spule, die den Magnetfeldteil erzeugt, und das genaue Muster des Magnetfeldteils von Hand bewegen? Luftatmender Turbojet vs. nuklearer Turbojet

Diese Frage bezieht sich wahrscheinlich eher auf die Luftfahrt als auf den Weltraum. en.wikipedia.org/wiki/Nuclear-powered_aircraft
Sie verwechseln die Anforderungen für eine Spaltkettenreaktion und die für eine magnetisch eingeschlossene Fusionsreaktion
Das System verwendet gespeicherten Wasserstoff als Reaktionsmasse und einen Brennstoff, der kein Oxidationsmittel benötigt, und würde daher im Weltraum funktionieren (wenn es funktionieren würde). Hier geht es ums Thema.
@SteveLinton Nein, der kontinuierliche Kraftstoffstrahl muss in der Kraftstoffleitung unterkritisch bleiben und überkritisch werden, wenn er brennen soll (oder der Motor wird am Ende nur selbst atomisieren), also ist das Zusammendrücken der richtige Weg, wie bei einer Atombombe, die Sie mit Dynamit zusammendrücken um es boomen zu lassen und es ist sicher, wenn es gelagert wird.
@JCRM Ich denke, Aviation SE hat kein Plasma als Teil ihrer Diskussion. Dies ist keine nukleare Thermalrakete wie NERVA.
Nicht ganz dasselbe, aber verwandt: projectrho.com/public_html/rocket/…

Antworten (1)

Nein, es wird nicht funktionieren.

  • Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung. Hier ist der Teil, der nukleare Turbojets von konventionellen unterscheidet. Damit die Spaltung stattfinden kann, muss auch der Brennstoff gepresst werden. Ich weiß nicht, ob Sie dies einfach tun können, indem Sie ionisiertes Plutonium oder Uran ausstoßen und es zusammendrücken, oder ob Sie einen ionisierten Stampfer benötigen, um es für eine vollständigere Verbrennung einzudämmen, und ob die Brennzeit für die Spaltung kürzer gemacht werden kann als die Verweilzeit im Verbrennungsabschnitt...

Wenn Sie ein wenig spaltbares Material auf einmal durch den Motor drücken, wird nicht viel Spaltung erzeugt. Die Neutronen kommen schnell heraus und müssen durch viel dazwischenliegendes Material moderiert werden, um sie zu verlangsamen, bevor sie vom nächsten Kern eingefangen werden.

Um die Kettenreaktion zu starten, braucht man einen Atomhaufen mit viel Brennstoff und viel Moderatormasse an einem Ort. Aus diesem Grund sind Reaktoren groß und schwer und passen nicht wirklich gut in Flugzeuge oder Raumfahrzeuge.

Neutronenschäden würden Ihre Lüfterflügel schnell spröde machen, wenn viel Spaltung vorhanden wäre, was nicht der Fall sein wird.

Kompakte Kernkraftquellen wie RTGs verwenden eher spontanen Kernzerfall als Kettenreaktionen. Aber das bedeutet, dass Sie keine "Zündung" im Motor herbeiführen können.


Eine wirklich interessante Idee wurde basierend auf einem nuklearen Isomer vorgeschlagen und wird ausführlich in dieser ausgezeichneten Antwort auf die Frage diskutiert , wie Northrop Grumman vorschlug, den Global Hawk nuklear anzutreiben? .

Aus dem Artikel des New Scientist: Nuklearbetriebene Drohnenflugzeuge auf dem Reißbrett

Streng kontrollierte Reaktion

Die Reaktion funktioniert, weil ein Teil der Hafniumkerne „Isomere“ sind, in denen einige Neutronen und Protonen auf höheren Energieniveaus als normal sitzen. Durch den Röntgenbeschuss setzen sie diese Energie frei und fallen auf ein stabileres Energieniveau.

Hier war die Idee, dass ein Röntgengenerator (der kompakt sein kann) verwendet wird, um isomere Zustände zum Zerfall anzuregen und prompt Energie freizusetzen. Es ist ein bisschen wie das Röntgenlaserkonzept, außer dass der angeregte Zustand Tage oder Jahre statt Mikrosekunden dauert und es keinen optischen Gewinn gibt. Es ist kein LASER, es ist nur ein SER (stimulierte Strahlungsemission) ohne LA.

Es gab einige kleine Reaktoren in Raumfahrzeugen, zum Beispiel die TOPAZ-Reaktoren . Natürlich nicht als "Turbojets".
@Uwe aber das wurde nicht zum Vortrieb verwendet. 300 kg für 5 kW würden ein lächerlich kleines Verhältnis von Schub zu Gewicht ergeben.
@uhoh Was, wenn wir waffenfähiges HEU verwenden und einen dichten Dampf- oder Plasmastampfer darum herum hinzufügen?
Warten Sie, die Hafnium-Röntgensimulation funktioniert tatsächlich? Es wurde experimentell nachgewiesen? Ich dachte, es wäre diskreditiert worden.
@Eth nein, warte nicht, mach weiter und lies noch einmal, was ich geschrieben habe, um zu sehen, dass es keinen Hinweis darauf gibt.
@MeatballPrincess die kritische Masse von U-235 beträgt etwa 52 kg ( en.wikipedia.org/wiki/Critical_mass ). Ein Tamper (Neutronenreflektor) könnte dabei ein wenig helfen. aber im Grunde bräuchten Sie einige zehn Kilogramm in kompakter Form auf einmal in der Brennkammer. Mit anderen Worten eine Bombe.
@SteveLinton Das ist die allgemeine Vorstellung davon, was es braucht, um zu den Sternen zu gelangen.
@uhoh Nachdem ich es noch einmal gelesen habe, sehe ich keinen Hinweis darauf, dass es hypothetisch oder diskreditiert ist. Präsens impliziert, dass es sich um ein Ding handelt , von dem zumindest stark vermutet wird, dass es funktioniert. Also ja, es gibt einen Vorschlag dafür. Die verknüpfte Antwort besagt jedoch, dass sie diskreditiert wurde.
@Eth Sie sehen auch nichts Gegenteiliges. Tatsächlich sehe ich in Ihrem Kommentar nicht einmal den Hauch einer Andeutung, dass Sie letzten Dienstag keine Bank ausgeraubt haben. ;-) Wie auch immer, meine Antwort erwähnt nur die "Idee" und erwähnt keine Realisierung. Ideen sind zeitlos.
@MeatballPrincess Ich bin mir nicht sicher, was Sie sagen - ich sage, dass ein solcher Motor (angetriebenes HEU oder Plutonium) entweder überhaupt nicht überkritisch werden würde (genauer gesagt, keine sofortige Kritikalität aufweisen) oder mit großer Gewalt explodieren würde. Ich glaube nicht, dass es einen Mittelweg gibt.
@SteveLinton das gleiche gilt für Kerosin. Das Kerosin entzündet sich auch mit Funken bei Zimmertemperatur nicht sofort, und aus Kerosin kann man zwar Napalm machen, aber man kann aus Kerosin auch Lötlampen bauen und Strahltriebwerke werden damit angetrieben, und die Brennkammern sind nur hochkonstruiert -Druckluft, um die Flamme einzudämmen. Die Flamme berührt nichts im Inneren des Strahltriebwerks und kann auch keine Explosion darin hervorrufen, da diese beiden das Strahltriebwerk sofort zerstören würden, genau wie Sie sagten.
@SteveLinton Oder sollte ich es so ausdrücken, jeder Versuch mit spaltbarem Brennstoff ist bis jetzt entweder wie ein Stück Kohleglut, das rotglühend glüht (Reaktor) oder ein Raum aus Kohlenstaubpartikeln mit einer Zündkerze (Bombe), und Sie sagen, dass beides nicht in einem leichten Motor erreicht werden kann. Aber was ist mit einem Ofen, der dieselbe Kohle verwendet?