КВС в космосе

[ВадимZero]

Так лития тоже мало.

На земле литий успешно концентрируется в рассолах. Морская вода его неисчерпаемый источник. Себестоимость извлечения лития из морской воды 23$ на килограмм карбонила.

Он для чего-нибудь другого пригодится.

Для термояда нужен литий изотопной концентрации 50/50 по Li6 и Li7. То есть всего 15% природного лития подойдет для нароботки трития-гелия3, остальное используйте по другим назначениям.

[elind]

Только ничего, что сечение p + D на четыре порядка меньше сечения D + D?

А ничего что температура зажигания у этой реакции даже меньше чем у Д-Т(?), кроме того она анейтронная и дает драгоценный гелий-3?

"А мужики то и не знали". Если протон+дейтерий такая вся замечательная, чего все долбятся с ДТ, которой и тритий нужен, и нейтроны она производит? И где, кстати, сечение именно протон+дейтерий на вашей картинке? Как раз ДТ на ней самая "быстрая" и "низкотемпературная". Я смотрел по справочнику Кикоина, и там p+D имеет ещё худшие параметры, чем чистый дейтерий.
Вообще же неплохо определть, что вы имеете ввиду под "зажигается"? Для меня это - температура, при которой отношение термоядерной мощности к самой температуре при заданом давлении максимально. Если для вас - температура начала термоядерной реакции, то она и при единицах миллионов градусов идёт. Взять то же Солнце - в ядре всего-навсего 15 Мегаградусов, однако даже протон-протонная реакция, одна из самых "тугих", уже идёт. Другой вопрос в мощности этой реакции. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³ - т. е., давление плазмы 400 миллиардов атмосфер - а выделяемая мощность - четверть киловатта! Если же вспомнить, что мощность пропорциональна давлению в квадрате, то лучший результат для реактора будет 1.6*10^-17 Вт/м³ (100 атм.), ну и как это назвать - оно уже горит, или ещё даже и не тлеет?
А насчёт гелия-3 и его драгоценности - "скрипач не нужен". Если мы жжём в бомбах чистый дейтерий, гелий тут только мешаться будет, усложняя конструкцию заряда.

   

Как я понимаю, в результате подрыва термоядерного детонатора получившаяся температура будет подходящей для D + D слияния и в результате того, что сечение этой реакции на 4 порядка больше, то она  будет быстрее реакции p + D.

Именно. Даже если нагревать протий с одним процентом дейтерия, с протием проваимодействует всего процент от общего количества дейтерия, остальные 99 прореагируют между собой.

Сперва DT подожгите нормально, с положительным энергобаллансом.

Малые термоядерные мишени успешно поджигались в подземных ядерных испытаниях. Так что прогресс в ИТС просто вопрос времени.

нам нужно где-то запасать вообще всю энергию взрыва

Кстати о запасении...При взрыве 5 милиграммовой мишени выделиться 500 мегаджоулей. Чтобы запасти такой объем энергии нужно где то 3 тысячи тон конденсатора. При чем планируется в комерческой электростанции подрывать до 10 таких мишеней в секунду. В КВС снежинцев взрывать собираются две бомбы за час. Потому МГД преобразование в случае КВС и 50 мегатонных малышек просто сон разума какойто. Нужен будет просто не обьятный объем конденсаторной аккмуляции.

А зачем конденсаторы, да ещё настолько "дохлые" (170 Дж/кг)? Чем вам сверхпроводящие катушки, или, вообще, супермаховики, не угодили. МГД-шная Гравицапа (400 км радиус) с зарядами с водородным покрытием будет стравливать половину плазмы за сто секунд - вполне возможно запасти энергию даже в химических аккумуляторах (если найдётся такой де... эксцентрик). Энергоёмкость углерод-углеродного супермаховика 1 МДж/кг, т. е. ваши 500 МДж уложаться в полтонны, снежинские 50 килотонн - в 200 тыс. тонн, а 50 Гигатонн Гравицапы - в 2*10¹⁴ кг - 7% массы лёгкого корпуса реактора.

[crazy_terraformer]

Так лития тоже мало.

На земле литий успешно концентрируется в рассолах. Морская вода его неисчерпаемый источник. Себестоимость извлечения лития из морской воды 23$ на килограмм карбонила.

Он для чего-нибудь другого пригодится.

Для термояда нужен литий изотопной концентрации 50/50 по Li6 и Li7. То есть всего 15% природного лития подойдет для нароботки трития-гелия3, остальное используйте по другим назначениям.

КВС здесь предполагается использовать как источник энергии для двигателя звездолёта, и какой смысл создавать один звездолёт, если можно создать флот, а аппетиты флота могут превзойти доступные запасы лития. Li⁶ 7,5% от общего количества Li.
Масса земной коры оценивается 2,8·10¹⁹ тонн (из них 21 % — океаническая кора и 79 % — континентальная).
Масса континентальной коры 2,8·10¹⁹_*79%=2,212·10¹⁹ тонн
Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т=0,0021%
Масса лития, если считать, что его содержание в верхней континентальной коре равно общему содержанию в континентальной коре 2,212·10¹⁹_*0,0021%=4,64520·10¹⁴ тонн=4,64520·10⁵ млрд.тонн
масса Li⁶=4,64520·10¹⁴_*7,5%=3,4839·10¹³тонн=3,4839·10⁴ млрд.тонн
Вопрос сколько его доступно?
Объём Мирового океана 1,332 ·10⁹ км³ согласно англ. статье в википедии
 Лития в морской воде 0,17 мг/л=0,17мг/дм³=17г/м³=17г*1000³/км³=17·10³тонн/км³
Масса Li в Мировом океане=17·10³_*1,332 ·10⁹=22,644·10¹²тонн=22,644·10³млрд.тонн
Масса Li⁶=22,644·10¹²_*7,5%=1,6983·10¹²тонн=1,6983·10³ млрд.тонн

Вопрос на сколько его хватит земной термоядерной энергетике?
Какую массу можно доставить к Альфе Центавра как можно быстрее, используя дейтерид лития-6,7  в качестве термоядерного топлива?
Конечно остаются ещё Марс, Меркурий и астероиды, вулканически активный Ио.

[ВадимZero]

Энергоёмкость углерод-углеродного супермаховика 1 МДж/кг

А сколько будет весить двигатель, который сможет за сто секунд зарядить такой супермаховик?

[crazy_terraformer]

Энергоёмкость углерод-углеродного супермаховика 1 МДж/кг

А сколько будет весить двигатель, который сможет за сто секунд зарядить такой супермаховик?

Какие там будут ускорения? Не разлетится ли маховик к чёртовой матери?

[elind]

Энергоёмкость углерод-углеродного супермаховика 1 МДж/кг

А сколько будет весить двигатель, который сможет за сто секунд зарядить такой супермаховик?

Если "классический савеццкий" - килограмм 80, по типу мотор-колеса - 2-3 кг, униполярный со сверхпроводящими обмотками, в вакууме и невесомости 50 грамм. Причём, это берётся, как про "закачать", так и "выкачать", из расчёта на непрерывную работу, "ударно" же, секунд на десять, мощность может быть увеличена  раз в 7-10.

[crazy_terraformer]

Можно ли получать энергию взрывного сгорания дейтерия в атмосфере планеты-гиганта, скажем для работы сжижающих газ платформ?
Газодобывающая платформа подвешивается к многокилометровой сфере, состоящей из модулей поддерживаемых аэростатами, заполненными горячим газом (водяной пар, азот, аммиак,метан) , модули содержат МГД-генераторы или турбины, фото- термоэлементы, устройства аккумуляции.
Водородный снег готовится на платформе. Затем заряд помещают внутрь снежка и запускают внутрь сферы на аэростате или автоматическом вертолёте. Т.к. у нас не звездолёт часто подрывать заряды нет нужды и сфера может быть меньше.Сфера забирает часть энергии либо из потока ионизированной плазмы МГД-генераторами , либо турбинами из потока расширяющегося газа, а затем сжимающегося после падения давления внутри сферы. Вся остальная энергия забирается фото и тепловыми элементами на внутренней поверхности сферы. Минус - гравитация сравнимая или выше земной, турбулентность. Плюс - окружающий холодильник.
Вопрос, какой может удовлетворительный размер сферы ? Сфера определённого размера может вписаться в горизонтальный ламинарный поток газа.

[AlexAV]

Эту цепь, реализующуюся в бомбе можно записать в виде

Третья реакция записана не совсем верно. Точнее записанный канал - маловероятен. Основной:

³He + n = T + p

Благодаря ему гелий-3 и нашёл широкое применение в детекторах нейтронов.

[AlexAV]

Вот что ещё пришло в голову по космическому КВС.
А нельзя ли в нём реализовать чисто "фотонный" принцип инициации термоядерного взрыва, без использования делящихся изотопов?

На NIF этим и пробуют заниматься, пока с ограниченными результатами. Перспективы промышленного применения по этому направлению ещё более туманны прежде всего из-за невысокого КПД лазерных систем пригодных для этих целей. Т.е. для замыкания цикла производства энергии потребуется совершенно гигантские величины коэффициента усиления мощности, не менее 100. Для сравнения на одну ступень термоядерной бомбы коэффициент усиления обычно что-то около 10-30.  На сколько это реально достичь в микромишени не очень ясно.

[AlexAV]

А насчёт гелия-3 и его драгоценности - "скрипач не нужен".

Не совсем так. He-3 будет очень улучшать условия термоядерного горения по сравнению с чистым D-D. В целом He-3-D заряд в этом плане будет близок к Li-6-D. Естественно прямая реакция He-3 + D = He-4 + p будет давать весьма незначительный вклад, но вот её протекание в цепном процессе:

He-3 + n = T + p
T + D = He-4 + n

идёт значительно быстрее и при более низких температурах, чем горении в чистой дейтериевой плазме. Естественно для эффективной реализации такого механизма оптическая толщина заряда должна быть значительно превышать пробег нейтрона.

[elind]

Третья реакция записана не совсем верно. Точнее записанный канал - маловероятен. Основной:
3He + n = T + p
Благодаря ему гелий-3 и нашёл широкое применение в детекторах нейтронов.

Спасибо. Я, конечно, предполагал, что трёхчастичный процесс подавлен по сравнению с четырёхчастичным, но самих сечений не нашёл.

Не совсем так. He-3 будет очень улучшать условия термоядерного горения по сравнению с чистым D-D. В целом He-3-D заряд в этом плане будет близок к Li-6-D. Естественно прямая реакция He-3 + D = He-4 + p будет давать весьма незначительный вклад, но вот её протекание в цепном процессе:
He-3 + n = T + p
T + D = He-4 + n
идёт значительно быстрее и при более низких температурах, чем горении в чистой дейтериевой плазме. Естественно для эффективной реализации такого механизма оптическая толщина заряда должна быть значительно превышать пробег нейтрона.

Только не горения а зажигания - когда будет гореть пятидесятиГигатонный "снежок", девяносто пять процентов реакций пройдут при температуре в гигаградусы, при которой сечение дейтерий+дейтерий сравнимо с гелий-3+нейтрон. Т. е., горение гелий-3 улучшит, но не прям уж настолько, чтобы мучиться с его размещением в заряде - он и жидкий, и слабовязкий (пусть и не сверхтекучий), и кипит когда водород ещё глубоко твёрдый (что для заряда, пролетающего десятки км в горячей среде, весьма критично).
А зажигание для чисто дейтериевого ядерного заряда таких размеров проблемой не будет.

[pkl]

При ядерном взрыве в вакууме ударных волн конечно не будет. Зато будет короткая и очень мощная вспышка рентгеновского излучения. При воздействие такой вспышки сталь начинает испаряться уже при поглощаемой энергии порядка 10 Дж/см2. Т.е. если объём полости будет таким, что при взрыве тепловая нагрузка на стенки будет сильно больше этой величины, то значительная часть энергии взрыва будет уходить на испарение материала стенки. Это с одной стороны даст сильную эрозию стенки, а с другой материал бомбы будет перемешиваться c несколькими десятками тысяч тонн металлической пыли.

Размышлять как извлекать 1 кг актиноидов из 20 тыс. тонн радиоактивного металлического мусора - оставляю Вам.

Буквально на днях прочёл, что, в принципе, существует возможность понизить крит. массу плутония до 1 кг. Только надо магнитное обжатие. Ну и, наверное, дейтериево-тритиевое бустирование, для полного сгорания. А в таком случае - может, чёрт с ними, с потерями?

Можно конечно попытаться сделать полость на столько большой, чтобы при взрыве поток энергии на стенку не достигал порога абляции. Тогда для заряда в 100 кт потребуется полость диаметром 36 км. Однако в этом случае сразу возникает проблема доставки зарядов в ядро с нужной частотой.

Если предположить, что скорость с которой заряд преодолевает расстояние от края полости до ядра 1000 м/c (это большая скорость, больше скорости снаряда пушки ЗСУ-23 на выходе из ствола), то получится не более одного взрыва в 16 секунд. При этом усредненный тепловой поток на стенку будет лишь 6.25 кВт/м2, всего в 4.5 раза выше потока солнечного излучения на орбите Земли. Если заложить какой-то запас прочности по потоку излучения и взять более реалистичную скорость порядка 100 м/c, то он вообще получится существенно меньше, чем поток солнечной энергии на орбите Земли. С учётом что стенка здесь далеко не простая, а должна иметь сложную систему теплообменников, скорее всего с жидкометаллическим теплоносителем, то одно это ставить экономическую осмысленность данной конструкции весьма сомнительной.

36 км? Ну да, я это примерно так себе и представлял:

 

Возможно, выход в том, чтобы заряды защищать абляционной защитой из графита? Защитный экран в форме конуса. В сущности, та же боеголовка. Тогда стрелять можно чаще, а от энергии взрыва защитит экран.

В 4,5 раза Выше? Да это нормально. К тому же установка работает 24х7х300. А Вы сколько хотите?

Но это ещё не все проблемы. Вот Вы получили теплоноситель с температурой 500 градусов. Что с ним делать дальше? Это же тепло надо как-то в электроэнергию превратить. Классический паротурбинный цикл ведь в космосе малоэффективен из-за сложности организации охлаждения при низких температурах теплоносителя, потребуется совсем невменяемая площадь теплообменников-излучателей. Не случайно он в космической технике (несмотря на то, что в высшей степени изучен и отработан) применения не нашёл.

Придётся делать большой радиатор. Соответственно, у КВС будет большой "воротник". Он нам ещё кое для чего понадобится:

Далее передача энергии... Вот Вы получили электроэнергию, но она ведь Вам в там не нужна, её нужно передавать куда-то. Сделать это можно с помощью СВЧ. Но мощные гиротроны - очень не дешевы. Но это даже не главная проблема... Главная же в том, что их ресурс обычно от 1000 до 10000 часов. Заменять придётся каждый год, а то и чаще. И сколько будет стоить такая передача энергии?

А альтернативных вариантов нет? Может, много гиротронов поменьше? Фазированная антенная решётка? У нас большой радиатор. Заманчиво объединить его с излучающей антенной.

[EvilShurik]

Вот что ещё пришло в голову по космическому КВС.
А нельзя ли в нём реализовать чисто "фотонный" принцип инициации термоядерного взрыва, без использования делящихся изотопов?

На NIF этим и пробуют заниматься, пока с ограниченными результатами. Перспективы промышленного применения по этому направлению ещё более туманны прежде всего из-за невысокого КПД лазерных систем пригодных для этих целей. Т.е. для замыкания цикла производства энергии потребуется совершенно гигантские величины коэффициента усиления мощности, не менее 100. Для сравнения на одну ступень термоядерной бомбы коэффициент усиления обычно что-то около 10-30.  На сколько это реально достичь в микромишени не очень ясно.

А кстати, здравая мысль! Для космического КВС размер может быть весьма большим - километры, даже десятки километров. А это в свою очередь - Места, для размещения батареи инициирующих лазеров, и сверхпроводящих накопителей энергии. В принципе, в отличие от ныне практикующихся схем поджига термоядерного топлива в капсулах, облучаемых лазерным излучением, где неясно, а можно ли в принципе зажечь такое малое количество ТЯ топлива, в КВС заряд не микро-, а макро-!
Значит, если создать при помощи тех же лазеров плотность излучения, сравнимую с таковым во время подрыва ядерного запала в термоядерной бомбе, атомная бомба для инициации термоядерной реакции не потребуется! А значит, можно будет жечь чистый дейтерий. Или даже бороводород.

[AlexAV]

А альтернативных вариантов нет? Может, много гиротронов поменьше? Фазированная антенная решётка? У нас большой радиатор. Заманчиво объединить его с излучающей антенной.

Фазированная антенная решётка - это не генератор СВЧ колебаний, а только антенна. Генератор для неё всё равно нужно. Можно и много поменьше. Но с долговечностью проблемы есть у всех электровакуумных приборов, к котором все эти гиротроны и магнетроны и относятся.

Есть варианты и твёрдотельных приборов (у них конечно с долговечностью намного лучше). Но там или с КПД проблема, или с ценой или с тем и другим одновременно.

Вот скажем пример современного СВЧ транзистора: http://www.mitsubishielectric-mesh.com/products/pdf/mgfx36v0717.pdf

Мощность - 4Вт, КПД - 28%, а стоит что-то около 120 долларов за штуку.

Хороший КПД у лавино-пролётных диодов в режиме с захваченной плазмой (до 60%), но цены на них ещё менее гуманные, чем на СВЧ транзисторы.

[elind]

Буквально на днях прочёл, что, в принципе, существует возможность понизить крит. массу плутония до 1 кг. Только надо магнитное обжатие. Ну и, наверное, дейтериево-тритиевое бустирование, для полного сгорания. А в таком случае - может, чёрт с ними, с потерями?

А, для "полноразмерного" КВС "чёрт с ними, с потерями" будет по любому, даже если в инициатор пихать по сто кило урана.
Дейтериевый "снежок" на пятьдесят гигатонн даст такой поток нейтронов, что сожжёт весь непрореагировавший материал запала.

А кстати, здравая мысль! Для космического КВС размер может быть весьма большим - километры, даже десятки километров. А это в свою очередь - Места, для размещения батареи инициирующих лазеров, и сверхпроводящих накопителей энергии. В принципе, в отличие от ныне практикующихся схем поджига термоядерного топлива в капсулах, облучаемых лазерным излучением, где неясно, а можно ли в принципе зажечь такое малое количество ТЯ топлива, в КВС заряд не микро-, а макро-!
Значит, если создать при помощи тех же лазеров плотность излучения, сравнимую с таковым во время подрыва ядерного запала в термоядерной бомбе, атомная бомба для инициации термоядерной реакции не потребуется! А значит, можно будет жечь чистый дейтерий. Или даже бороводород.

Идея, конечно, интересная, но, либо потребуется поджигать "моноблок", вкачивая в него 1/100-1/1000 от полной энергии взрыва, что, с учётом КПД лазеров, весьма печально скажется на общей эффективности реактора, либо очень сильно мудрить с формой и позиционированием  многоступенчатого заряда.

[crazy_terraformer]

КВС - минисфера Дайсона - полый цилиндр. Внутри вакуум,а воздух прижат вращением к обитаемой боковой поверхности. Основания цилиндра изнутри покрыты материалом отражающим свет к боковой поверхности.
Термоядерные заряды должны быть покрыты толстым слоем вещества, которое взаимодействуя с рентгеном, гамма-излучением и нейтронами переводят всю их энергию в спектр оптимальный для жизни человека и необходимых ему жизненных форм. Естественно возникают вопросы. Как подавать и с какой частотой заряды в центр объекта для подрыва? Если продукты ядерных реакций будут радиоактивны, возможно ли их отловить с помощью магнитного поля или рассеявшись по сфере они будут давать приемлемый радиационный фон( вероятно это зависит кроме конструкции заряда от размеров цилиндра)?

[pkl]

Хороший КПД у лавино-пролётных диодов в режиме с захваченной плазмой (до 60%), но цены на них ещё менее гуманные, чем на СВЧ транзисторы.

Давайте думать, как их сделать дешевле! Как? Может, при массовом производстве они подешевеют? А их надо будет мнооого...

[pkl]

КВС - минисфера Дайсона - полый цилиндр. Внутри вакуум,а воздух прижат вращением к обитаемой боковой поверхности. Основания цилиндра изнутри покрыты материалом отражающим свет к боковой поверхности.
Термоядерные заряды должны быть покрыты толстым слоем вещества, которое взаимодействуя с рентгеном, гамма-излучением и нейтронами переводят всю их энергию в спектр оптимальный для жизни человека и необходимых ему жизненных форм. Естественно возникают вопросы. Как подавать и с какой частотой заряды в центр объекта для подрыва? Если продукты ядерных реакций будут радиоактивны, возможно ли их отловить с помощью магнитного поля или рассеявшись по сфере они будут давать приемлемый радиационный фон( вероятно это зависит кроме конструкции заряда от размеров цилиндра)?

У меня другая идея, взятая из УТС: а если покрыть внутреннюю стенку брусками из карбида кремния? Так хотят с токамаками сделать. Но там не факт, что получится. В нашем же случае чистота плазмы значения не имеет. При этом температура SiC - 2730 градусов! Камеру можно сделать меньше. Не в два раза - зависимость количества энергии на 1 кв. м стенки от расстояния, скорее, квадратичная, но всё же... несколько сот тысяч тонн конструкционных материалов сможем сэкономить?

[Dem]

Собственно можно и оксид кремния взять Его в космосе много.
Тогда энергия будет поглощаться не на поверхности а в объёме.
А карбид хоть и не плавится, но испаряется...

[crazy_terraformer]

Собственно можно и оксид кремния взять Его в космосе много.
Тогда энергия будет поглощаться не на поверхности а в объёме.
А карбид хоть и не плавится, но испаряется...

Не успевает что ли? Диоксид тоже будет испаряться раньше, т.к. карбид испаряется при более высокой температуре.