Es wurden tatsächlich Spaltreaktoren im Orbit eingesetzt: Sowohl die Sowjetunion als auch die NASA starteten experimentelle Spaltreaktoren auf Satelliten – ein sowjetischer hatte sogar eine Fehlfunktion und deorbitierte schließlich über Kanada, wobei er eine Zone mit seinem Spaltbrennstoff kontaminierte, der schließlich zur Sowjetunion gelangte Zahlung einer Entschädigung an Kanada.

Beispielsweise wog der TOPAZ II 1061 kg bei einer Leistung von 300 kW. Es wurde nicht geflogen, aber es wurde sowohl von russischen als auch von westlichen Ingenieuren ausgiebig getestet, also sollte es eine ziemlich solide Basis sein. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19980234591.pdf

Sie finden auch viele Informationen auf dieser Website, die eine Sammlung von Ressourcen für Hard-SF-Worldbuilding ist: http://www.projectrho.com/public_html/rocket/basicdesign.php#id--Power_Generation--Nuclear_Fission_Reactors

Beachten Sie, dass der TOPAZ II 6,8 MW Wärmeleistung für diese 300 kW Stromleistung erzeugt, so dass Sie tatsächlich viel Wärme abführen müssen. Dies wird durch Wärmestrahler erfolgen. Je heißer die Strahler sind, desto kleiner können sie sein, um eine bestimmte Leistung abzustrahlen. Die Größenreduzierung ist massiv, da sie mit der vierten Potenz der Temperatur (in K) skaliert. Auf der anderen Seite benötigen Sie einen Temperaturunterschied zwischen dem Reaktor und dem Kühler, um tatsächlich Strom zu erzeugen, sodass Sie ihn auch nicht zu heiß laufen lassen können. Radiatoren können verschiedene Formen annehmen, aber am häufigsten sind große Platten, die aus dem Reaktormodul herausragen. Sie werden diese wahrscheinlich paarweise haben wollen, jedes auf einer Seite des Moduls: Wenn Sie mehr davon herumlegen, werden sie anfangen, ineinander zu strahlen, wodurch Sie sehr schnell an Effizienz verlieren. Eine andere Lösung sind Heizkörperspikes, wenn Sie nicht zu viel Oberfläche benötigen. Da sie lang und dünn sind, haben diese weniger Interreflexionsprobleme, aber das wäre sowieso eher ungewöhnlich.

Was die Strahlungsabschirmung betrifft, ist die wahrscheinlichste Konfiguration, das Reaktormodul am anderen Ende eines langen Besens zu haben, um es so weit wie möglich von der eigentlichen Station entfernt zu halten: Je weiter es entfernt ist, desto weniger Strahlung erreicht die Station. Auf dem der Station zugewandten Teil des Reaktors befindet sich ein Schattenschild, dh ein teilweiser Strahlungsschild, der so angebracht ist, dass die Station in seinem Schatten liegt. Dadurch wird vermieden, dass rund um den Reaktor ein Schild angebracht werden muss, mit der enormen Massenstrafe, die dies für alles im Weltraum darstellt.

Auf der anderen Seite bedeutet dies, dass Ihre Raumfahrzeuge vorsichtig sein müssen, wenn sie sich der Station von der anderen Seite nähern, damit sie sich im Schatten befinden, sobald sie nahe genug sind, damit die Strahlung gefährlich wird. Und Sie wollen nicht, dass etwas aus dem Schatten herausragt: Auch wenn ein träges Objekt selbst nicht durch Strahlung beschädigt wird, kann es Strahlung zur Station zurückreflektieren. Auf der anderen Seite könnten die Machthaber entscheiden, das Weltraumprogramm mit enormen Budgets zu zieren (das ist schließlich Science-Fiction) und entscheiden, dass sie es sich leisten können, den Reaktor vollständig abzuschirmen und diese Probleme zu vermeiden.

Aus dem Flugreaktor-Experiment kann man viel lernen .

In einer modernen Behandlung würde dies wahrscheinlich als LFTR-Designvariante in irgendeiner Form ausgedrückt werden.

Dieser Reaktor wurde so konstruiert, dass er mit der rechten Seite nach oben oder auf dem Kopf steht, da Flugzeuge dies manchmal tun. Als solches war es nicht von der Schwerkraft abhängig. Dieses Referenzpapier beschreibt einen 2,5-MW-Flüssigbrennstoffreaktor. Als Flüssigbrennstoff, nahezu Raumdruckreaktor, war kein Containment-Druckbehälter erforderlich, der herkömmliche Kernreaktoren erheblich an Gewicht und Größe hinzufügt. Eine Abschirmung ist natürlich weiterhin erforderlich.

Obwohl für ein Flugzeug konzipiert, erfüllt dies auch die meisten Designmerkmale, die Sie sich für einen weltraumgestützten Reaktor wünschen würden. Unabhängig von der Schwerkraft, vergleichsweise leicht, Hochtemperaturbetrieb (daher bei gleicher Last effizient und weniger Wärmeabgabe erforderlich), keine Notwendigkeit, etwa alle 6 Monate abgeschaltet zu werden, um die Brennstäbe neu anzuordnen, keine Notwendigkeit für große Wassermengen.

Das Experiment dauerte nur wenige hundert Stunden, aber die Lebensfähigkeit des Reaktors wurde durch das Experiment gut belegt. Ein Atomflugzeug ist ziemlich verrückt, aber wenn Sie wirklich eine Weltraummission mit hoher Leistung benötigen, könnten Sie das Risiko rechtfertigen.

Das Startrisiko eines Kernreaktors, der auf Ihren Kopf fällt, sollte bei all diesen Konstruktionen berücksichtigt werden, aber da der Hauptbrennstoff in einer LFTR-Konstruktion Th-232 ist, sind keine Tonnen angereicherten Brennstoffs erforderlich. Sie brauchen einige der "bösen Sachen" (Pu-239, U-235, U-233), um einen LFTR-Reaktor zu booten, aber viel weniger als ein traditionelles Nukleardesign. Dies könnte während des Starts in einem gehärteten Behälter aufbewahrt werden.

Polywell-Fusion

Sie sagen (Hervorhebung hinzugefügt) ...

Mein Worldbuilding beinhaltet einen hochrealistischen Forschungsaußenposten einer Raumstation in einer ziemlich nahen Zukunft , und ich möchte, dass er von einem Kernreaktor angetrieben wird .

Nun, dann haben Sie dort im Polywell-Fusionsreaktor eine großartige Option . Es ist nicht nur in allen drei Dimensionen symmetrisch in einer Weise, die für eine Mikrogravitationsumgebung sehr geeignet erscheint, es sieht auch so aus . Meiner Meinung nach ist Polywell ästhetisch wunderschön. Es ist auch aus technischer Sicht sehr elegant, da es so gut wie keine beweglichen Teile gibt und – im Gegensatz zu primitiven alten Spaltreaktoren – in keiner Weise von der Schwerkraft abhängig ist. Als solches passt Polywell sicherlich als Darstellung eines Science-Fiction-Weltraumreaktors. Die einzige Aufhebung des Unglaubens, die Sie hier erreichen müssen, ist zu sagen " Robert Bussard hatte Recht, Polywell funktioniert", was im wirklichen Leben bereits im Jahr 2020 passieren könnte.

Wiffleball 8 in Betrieb. ( Quelle )

„Go solid“ mit Absicht

Wenn Sie die Three Mile Island-Analyse (oder den Film The China Syndrome , ein sehr ähnlicher Vorfall) lesen ... was sie erschreckte, war das Überfüllen des Reaktors und der Grund dafür, dass der obere Teil des Reaktors Wasser statt Dampf war. Warum ist das wichtig, da ein PWR-Typ keinen Dampf in seinem Primärkreislauf verwendet? Diese Dampfblase hat den gleichen Zweck wie der blaue Druckbehälter in einem Haus mit Brunnen – ein Volumen komprimierbaren Gases, um Druckänderungen abzufedern und Schäden an Rohrleitungen und dem Reaktorbehälter zu vermeiden.

Bei Null-Gee gibt es kein "Top", also können Sie sich nicht auf eine Dampfblase verlassen. Stattdessen verwenden Sie dieselbe Art von Druckspeicher und sorgen dafür, dass Ihr PWR "fest wird". Der gesamte Raum im Reaktor wird von flüssigem Wasser eingenommen.

Warum nicht Dampf im Reaktorbehälter erzeugen? SWRs tun das, und sie sind ein feines Design. ( China-Syndrom war etwas verwirrt darüber, ob es ein SWR oder PWR war). Dampf und Wasser müssen getrennt werden. Die einzige Möglichkeit, dies bei Null-Gee zu tun, besteht darin, den Reaktor zu drehen, wodurch das Wasser an den Rand gedrückt wird ... Die Brennstäbe müssen sich im Wasser befinden, wodurch Ihr Kern Donut-förmig wird und es viel schwieriger wird, eine kritische Masse zu erreichen. Ein BWR-Typ ist also richtig.

Energie aus heißem Wasser (oder anderem Kühlmittel)

Die Verwendung von Dampfkraft in einem Sekundärkreislauf (wie im PWR) ist wahrscheinlich aus den gleichen Gründen wie beim BWR: Sie müssten die Dampfgeneratoren und Kondensatoren drehen. Außerdem müssten die Kondensatoren einen ultimativen Kühlkörper haben, der kühler als 100 ° C ist, was im Weltraum möglicherweise nicht praktikabel ist. Es ist besser, das Wasser am ultimativen Kühlkörper zu Peltier-Geräten zu führen und das Wasser noch ziemlich heiß in den Reaktor zurückzuführen. Dies ist in einer PWR-Primärschleife normal. Es ist auch billig zu pumpen, da Sie nur Kühlmittel mit demselben Druck umwälzen und kein 1-psi-Speisewasser in einen 1000-PSI-Kessel einspritzen.

Natürlich haben Sie auch das Problem, dass im Gegensatz zu terrestrischen Reaktoren die Umgebung wahrscheinlich Wasser gefriert, das nicht aktiv erhitzt wird, also kein Abschalten für Wartungsarbeiten. (Ähnlich wie bei einem sowjetischen Alfa-U-Boot, dessen Natrium-Primärkreislauf-Kühlmittel in den Rohren gefriert). Möglicherweise möchten Sie ein anderes Kühlmittel, das entweder beim Einfrieren schrumpft und / oder einen geeigneten Gefrierpunkt hat. Die meisten Materialien schrumpfen, wenn sie gefroren sind, und der Alfa kann in einer Werftanlage neu gestartet werden.

Aber Wasser ist wirklich gut

Achten Sie bei Ihrer Wahl darauf, die beste Eigenschaft des Wassers nicht zu verlieren – nicht seine absolut hervorragende thermische Dichte, sondern vielmehr, dass es ein guter Moderator im Normalzustand und ein wirklich schrecklicher Moderator in einem anormalen Zustand ist. Wenn ein Reaktor überschüssige Wärme erzeugt, erzeugt er Dampfblasen, die den Reaktor verlangsamen - was eine nützliche "Tempomat" ergibt und auch die Spaltung passiv abschaltet, wenn Kühlmittel verloren geht. Dies ist eine so wünschenswerte Eigenschaft, dass ich sie erwähnen wollte. Tschernobyl hatte das nicht.

Ein weiteres wünschenswertes Merkmal eines Kühlmittels ist, dass es fest wird und erstarrt, wenn es in den Weltraum entweicht, sodass das Schiff nicht verloren geht und sein Kühlmittel wieder sammeln kann.)

Wenn Sie sich fragen, warum ich das Reaktordesign so „in der Nähe von zu Hause“ behalte, dann deshalb, weil Erfahrung wichtig ist. Der Boeing Dreamliner wurde als Nurflügler vorgeschlagen. Aber sie haben sich für die konventionelle Form des ME262 und 737 entschieden, weil sie so gut verstanden wird.