Wäre ein Kernspaltungstriebwerk mit kontinuierlicher Brennstoffeinspritzung möglich?

Gehen Sie davon aus, dass Uran in großem Umfang verfügbar ist, ebenso wie die Baumaterialien. Kannst du dieses Gerät bauen?

Der Treibstofftank speichert Uran bei hoher Temperatur, damit es flüssig bleibt. Der/die Brennstoffinjektor(en) sprühen einen kontinuierlichen Strom geschmolzenen Urans in die Kernspaltungskammer. Die Spaltkammer hält eine kontinuierliche Spaltreaktion aufrecht. Der Druck wird wie bei einem normalen Raketentriebwerk aus einem Triebwerk abgelassen.

Dies könnte verwendet werden, um Raketen oder Raumschiffe oder was auch immer anzutreiben.

Einige Probleme fallen mir schon ein:

  1. Entweder spritzen die Einspritzdüsen den Kraftstoff nicht schnell genug ein, so dass die Reaktion verpufft, oder die Reaktion wandert den Uranstrom hinauf und lässt den Kraftstofftank wie eine normale A-Bombe explodieren.
  2. Die Brennkammer würde auseinander gesprengt oder wäre reaktionsfest gebaut und damit zu schwer.
  3. Die Abschirmung zum Schutz der Brennstoffversorgung vor subatomaren Bricker-Brackern wäre zu schwer.

Ich dachte auch, dass man, anstatt eine kontinuierliche Reaktion aufrechtzuerhalten, einfach kontinuierlich die Bedingungen schaffen könnte, um eine neue Reaktion zu beginnen. (Eine Pilotflamme für die Kernspaltung, wenn Sie so wollen.)

Könnte ein Kernspaltungsraketentriebwerk jemals funktionieren?

Glaubst du, es könnte besser funktionieren als Raketentreibstoff?

Wie würden Sie verhindern, dass der Tank voller Uran kritisch wird? Und warum sollte das Sprühen in eine Spaltkammer dazu führen, dass sie anfängt zu reagieren? Spaltung ist keine chemische Reaktion, wissen Sie.
@ WhatRoughBeast - "Wie würden Sie verhindern, dass der mit Uran gefüllte Tank kritisch wird?" - das ist im Wesentlichen eines der Dinge, die diese Frage stellt. Wie viel würde eine Abschirmung wiegen? und würde die Einspritzleitung eine Art Ventil benötigen?
Die Spaltkammer müsste die Spaltreaktion wie eine Atombombe zünden. Wie mit einer Neutronenkanone, denke ich.

Antworten (3)

Es gibt ein ähnliches Konzept namens Nuclear Salt Water Rocket (NSWR) , das von einem SF-Autor vorgeschlagen wurde, der auch Physiker ist.

Der Brennstoff ist eine 2%ige Lösung von 20% angereichertem Urantetrabromid in Wasser. Ein Plutoniumsalz kann ebenfalls verwendet werden.

Nur zur Verdeutlichung, hier gibt es zwei Prozentsätze. Der Brennstoff ist eine 2%ige Lösung aus Urantetrabromid und Wasser. Das heißt, 2 Moleküle Urantetrabromid pro 100 Moleküle Wasser.

Aber das Urantetrabromid kann um 20 % angereichert werden. Dies bedeutet, dass von jeweils 100 Uranatomen (oder Molekülen von Urantetrabromid) 20 spaltbares Uran-235 und 80 nicht spaltbares Uran sind. Wenn es zu 90 % angereichert ist, dann sind 90 Atome Uran-235 und 10 Atome sind nicht spaltbar. Als Randnotiz gilt eine Anreicherung von 90 % als "waffentauglich".

Die Treibstofftanks sind ein Rohrbündel, das mit einer Schicht Borcarbid-Neutronendämpfer beschichtet ist. Der Dämpfer verhindert eine Kettenreaktion. Der Brennstoff wird in ein langes zylindrisches Sammelrohr mit großem Durchmesser eingespritzt, das in einer Raketendüse endet. Frei von dem Neutronendämpfer entwickelt sich bald eine kritische Masse an Uran. Durch die Energiefreisetzung verdampft das Wasser und der Dampfstoß trägt das noch reagierende Uran aus der Düse.

Es ist im Grunde ein kontinuierlich detonierender Orion-Antrieb mit Wasser als Treibmittel. Obwohl Zubrin es so formuliert:

As the solution continues to pour into the plenum from the borated
storage pipes, a steady-state conditions of a moving detonating fluid
can be set up within the plenum.

Nur um das klarzustellen, dies ist ein Konzept, das theoretisch funktionieren könnte, aber die Ausarbeitung der technischen Details wird unglaublich schwierig sein (und andere Wissenschaftler glauben nicht, dass es jemals praktikabel sein wird).

NSWR:
NSWR

20 % UTB

Abgasgeschwindigkeit 66.000 m/s
Spezifischer Impuls 6.728 s     
Schub 12.900.000 N
Schubleistung 425,7 GW              
Massenstrom 195 kg/s
Gesamtmotormasse 33.000 kg

90 % UTB

Abgasgeschwindigkeit 4.700.000 m/s  
Spezifischer Impuls 479.103 s  
Schub 13.000.000 N  
Schubkraft 30,6 TW  
Massenstrom 3 kg/s

Weitere Informationen finden Sie unter dem oben angegebenen Link.

Das ist großartig Jim!!!!! Kennen Sie zufällig (theoretisch) die Metriken dieser Engine? Wie der Schub, den es pro KG Kraftstoff erzeugt?

Das funktioniert, ist aber ineffizient: Ein Großteil der erzeugten Energie wird als Gammastrahlung oder andere hochenergetische Photonen abgestrahlt, während die Notwendigkeit, die Reaktionskammer vor Überhitzung zu schützen, die Geschwindigkeit begrenzt, mit der Sie den Brennstoff verwenden können.

Ein eng verwandtes Konzept könnte Sie bei der nuklearen Salzwasserrakete interessieren : Anstatt flüssiges Uran einzuspritzen, verwendet sie in Wasser gelöste Uransalze.

Es gibt verschiedene Nuklearsysteme, aber das, was Sie beschreiben, ist vielleicht das staubige Spaltfragment-Triebwerk.

Uran- oder Plutoniumdiät wird in die Reaktionskammer injiziert und durch eine Kombination aus elektrischen und magnetischen Feldern gehalten. Wenn genügend Staub vorhanden ist, ist die Kritikalität erreicht und der Staub wird zu einer Plasmamasse, wobei Spaltfragmente mit Geschwindigkeiten von bis zu 3 % von c herausfliegen. Verwendung der magnetischen und elektrischen Felder, um die Reaktionsprodukte aus der Kammer und durch eine Rakete zu leiten Die Düse liefert Schub, obwohl interne Kollisionen und Wechselwirkungen mit den Feldern die Abgasgeschwindigkeit auf "nur" 1% von c reduzieren .

Dies ist ein Triebwerk mit niedrigem Schub und hohem ISP, aber Berechnungen deuten darauf hin, dass die Verwendung dieses Geräts ein Raumschiff in 6 Jahren zum Jupiter bringen könnte (beschleunigen und verlangsamen, damit Sie in der Umlaufbahn von Jupiter eingefangen werden. Energie könnte auch eingefangen werden, um Schiffssysteme zu betreiben, entweder durch Auffangen eines Teils der Abwärme des Motors zum Betreiben von Turbinen oder durch Verlangsamen des Abgasstroms, indem er durch einen MHD-Generator geleitet wird (der viel leichter als Turbinen ist und auch die Energie hocheffizient in elektrische Energie umwandelt).

Solange spaltbarer „Staub“ in den Kern injiziert wird, wird der Reaktor das Schiff weiterhin mit Schub und Energie versorgen.

Wäre ein Kernspaltungstriebwerk mit kontinuierlicher Brennstoffeinspritzung möglich?
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