Sind Leistungskernreaktoren (einschließlich fortgeschrittener Konstruktionen) wirklich weitaus weniger "aggressiv" im Design als NTR-Kerne?

Nach meinem Verständnis sind nukleare thermische Raketenreaktoren mit festem Kern extrem aggressive Konstruktionen, die an den Grenzen der Materialien arbeiten und eine unglaublich hohe spezifische Wärmeleistung haben.

Haben Kernreaktoren im Weltraum, die zur Erzeugung großer Mengen elektrischer Energie gedacht sind, dieselben Eigenschaften?

Ist Ihnen klar, dass Sie völlig unterschiedliche Technologien vergleichen? Und was meinst du mit aggressiv?
In NTP-Kernen liegt die Temperatur nahe bei 2000 °C, um Isp 900+s zu erreichen. Die aggressivste Verbindung ist Wasserstoff, von dem bekannt ist, dass er die meisten Metalle versprödet. In NTP-Raketen sind Neutronenmoderatoren und Absorptionsmittel Keramiken, die spröde sind und bei hohen Vibrationen zu Rissen neigen. Die übliche Art von nuklearen Geräten, die für die Stromerzeugung im Weltraum bestimmt sind, sind RTGs. Sie haben ein Stück radioaktives Material, normalerweise Pu238-Dioxid oder Sr90, in einem Behälter. Die Außenwand des Behälters ist von Thermoelementen umgeben, an denen Kühlkörper befestigt sind. Seine ziemlich sichere Technologie.
Bei dieser Frage geht es um Spaltreaktoren, nicht um RTGs. Ja, ich erkenne, dass ich verschiedene Technologien vergleiche, das ist der Punkt.
Um ein Treibmittel zu erhitzen, muss sich die Wärme von der Struktur zum Gas bewegen, sodass die Struktur heißer als das Gas sein wird, im Gegensatz zu chemischen Raketen, die die Struktur aktiv kühlen. Um also eine brauchbare Abgastemperatur zu erreichen, muss die Struktur wirklich verdammt heiß sein. Ansonsten gibt es keinen Vorteil gegenüber chemischen Raketen. Ein Leistungsreaktor wirft seine Arbeitsflüssigkeit nicht weg, er zirkuliert sie, sodass es kein Problem gibt, sie bei niedrigeren Temperaturen zu betreiben.
@ikrase - Bisher im Weltraum eingesetzte Kernreaktoren verwenden die thermionische Umwandlung von Wärme in Elektrizität. Im Prinzip sind sie ähnlich RTG, mit dem Unterschied, dass Thermoelemente nicht direkt an der Wärmequelle angebracht sind. Wärme wird mit flüssigen Metallen (Natrium, NaK, Li-6) gesammelt und zu Thermoelementen zirkuliert. Eine Ausnahme bildet der experimentelle NR Kilopower, der einen Freikolben-Stirlingmotor zur Umwandlung von Wärme in Elektrizität verwendet.
Könnten Sie bitte die Bedeutung von weniger "aggressiv" im Design erklären?

Antworten (2)

Eine NTR (Nuclear Thermal Rocket) läuft mit Leistungen von etwa 1,2 bis zu vielen hundert Gigawatt.

Mit einer Reaktorkernmasse von weniger als 1/1000 so viel wie bei einem "normalen" umschlossenen bodengestützten Kernkraftreaktor ähnlicher Leistung.

Ein NTR arbeitet bei einer Kerntemperatur von etwa 3000 K.
Ein Leistungsreaktor arbeitet bei einer Kerntemperatur von etwa 300 °C (570 K-isk).

Ja, NTR ist aus dieser Sicht "aggressiv".

Im Vergleich zu Kernspaltungssystemen im Weltraum: Sie skalieren einfach NICHT sehr gut ohne die Abschirm- und Kühlfähigkeiten von Bodensystemen. Es sei denn, Sie integrieren die Abschirmung und Eindämmung und ersetzen Ihr externes schwerkraftunterstütztes Wasserkühlsystem durch ein in sich geschlossenes Strahlungskühlsystem mit geschlossenem Kreislauf. In diesem Fall wird der Weltraumreaktor massiver sein als das Bodenkraftwerk.

Die KiloPower-Einheiten sind derzeit die absolute Spitze der für den Einsatz im Weltraum geeigneten Elektroenergie-Kernreaktoren . Die, wie der Name schon sagt, Leistung im einstelligen Kilowattbereich liefern. Und es ist noch nicht ganz fertig, TRL 5-6 oder so. (Full-Scale, Labortests, von Prototypen, unter Nicht-Feld-Bedingungen)

Mit jeweils 1500 kg für die 1-kW-Einheit ist die Masse pro Leistung etwas ... enttäuschend. Ein Cluster, der der Leistung des kleinsten NERVA entspricht, würde 1700 Tonnen wiegen.

Ich bin nicht daran interessiert, mit nicht-mobilen Leistungsreaktoren zu vergleichen.
1,21 Gigawatt? Tolle Schotten, Marty!
@DrSheldon 1137 MW im Fall des NERVA-Prototyps. Vielleicht haben sie es deshalb aufgegeben, es hat nicht ganz den bleichen Punkt erreicht, twenny wan jiggerwhats?
@ikrase fügte Informationen über KiloPower-Systeme hinzu, die besten, die wir für weltraumtaugliche Reaktoren haben.

Ich werde argumentieren, dass diese Reaktortypen nicht direkt vergleichbar sind.

Während ein hohes „Alpha“ (Leistung/Masse) sowohl für NTRs als auch für Reaktoren für elektrische Energie wünschenswert ist, ist der begrenzende Faktor, der bei NTR-Materialien die meisten Kopfschmerzen verursacht, die Reaktortemperatur, wobei Isp proportional zur Quadratwurzel der Temperatur ist (nicht ganz proportional , aufgrund von Wasserstoffdissoziation).

Der Isp wiederum hat aufgrund der Tyrannei der Raketengleichung einen exponentiellen Einfluss auf die Fahrzeugmasse.

In einem Strom erzeugenden Reaktor hingegen hat die Temperatur keinen Einfluss auf Isp, wenn er für den elektrischen Antrieb verwendet wird.

Die Temperatur hat jedoch einen Einfluss auf den thermodynamischen Wirkungsgrad, da eine Wärmekraftmaschine mit einem höheren Temperaturgradienten effizienter ist (mit abnehmender Rendite). Dies wird außerdem durch Wärmekraftmaschinen im Weltraum erschwert, die am kalten Ende "heiß" laufen, um die Kühlermasse zu reduzieren.

Während also die Systemmasse ein gemeinsames Ziel ist, wird sie unterschiedlich berechnet. Bei einem NTR ist die Masse hauptsächlich Motor + Treibmittel, während es bei einem elektrischen System Reaktor + Wärmemaschine + Kühler ist.
Und obwohl die Spitzentemperatur ein gemeinsames Ziel ist, wird sie von unterschiedlichen physikalischen Gesetzen, der Gasgeschwindigkeit und dem Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine bestimmt.
Darüber hinaus liefert ein NTR über Minuten einen hohen Impuls, während elektrische Systeme über Monate einen kleinen Impuls liefern. Nicht einmal die Missionsprofile sind vergleichbar.

Es geht um Äpfel gegen Birnen, also hat "aggressiv" nicht viel Bedeutung.

Sind Leistungskernreaktoren (einschließlich fortgeschrittener Konstruktionen) wirklich weitaus weniger "aggressiv" im Design als NTR-Kerne?
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