Принцип вечного реактора

[sharp]

Какой ещё "кулоновский предел" для реакций с участием нейтронов? На самом деле сечение захвата нейтронов в области малых энергий при снижение их энергии растёт.

Не совсем понял, а разве энергия нейтронов как-то коррелирует с температурой вещества?

[AlexAV]

Не совсем понял, а разве энергия нейтронов как-то коррелирует с температурой вещества?

При большом соотношение делящиеся/замедлитель может достаточно сильно зависеть. Нейтроны замедляются в замедлителе вплоть до того момента, пока их средняя энергия не сравняется с 3/2kT замедлителя. Если замедлителя много,  то доля холодных нейтронов от его температуры может зависеть достаточно существенно. Ну и плюс от температуры зависит уширение резонансных пиков захвата (это кстати важный фактор влияющий на температурный коэффициент реактивности). Последние конечно на прямую с энергией нейтронов уже не связано, но на протекание цепной реакции влияет весьма существенно.

Так что да, в реакторе не тепловых нейтронах температура влияет как на энергетический спектр нейтронов, так и на протекание цепной реакции вообще. Если замедлителя нет или мало, то влияние на спектр будет небольшим, но из-за доплеровского эффекта влияние температуры на протекание цепной реакции всё равно будет (доплеровский эффект даёт отрицательный вклад в температурный коэффициент реактивности, т.е. чем ниже температура тем меньше резонансный захват нейтронов и тем выше коэффициент их размножение, и наоборот - при повышение температуры коэффициент размножения снижается, это кстати очень важный элемент управления цепной реакцией в реакторах на быстрых нейтронах, особенно при использование плутония, когда запаздывающих нейтронов мало).

[bob]

Сечение деления урана-235 увеличивается при снижение энергии в области малых энергий. ...

Спасибо. Отличный обзор.

P.S. Надо бы ещё всё-таки прикинуть сроки выживабельности современных видов твёрдого топлива для запусков в горячем режиме. Действительно, сколько они могут сохраняться горючими при температурах порядка 20 Кельвинов в условиях облучения космическими лучами над гелиопаузой? На газы и жидкости надежды всё-же мало.

[AlexAV]

Действительно, сколько они могут сохраняться горючими при температурах порядка 20 Кельвинов в условиях облучения космическими лучами над гелиопаузой?

Если подобрать смесь на основе неорганики, скажем взять термит вроде Si + Fe2O3, добавить к нему разлагающуюся при высоких температурах c выделением газа соль, например, MgCO3, то такая смесь в космосе скорее всего будет сохраняться практически вечно. Там просто нечему портиться будет.

[bob]

Si + Fe2O3, добавить к нему разлагающуюся при высоких температурах c выделением газа соль, например, MgCO3

Да. Отличная мысль:
https://wiki2.org/ru/%D0%A2%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BC%D0%B5%D1%81%D1%8C
Есть один вопрос: "Смесь поджигают специальным запалом (смесь пероксида бария, магния и натрия)." (у всех термитов высокая температура поджига) Живуч ли пероксид? Что-то терзают сомнения по этому поводу. Другое дело, что если для пусковой искры применить большую батарею конденсаторов, которая будет медленно подзаряжаться для разового мощного пробоя, то в принципе можно обойтись и без запала. Поджигать непосредственно, сразу.

[Парадоксов Д.]

bob, вот никак не пойму: зачем усложнять конструкцию? Вводить лишние детали, те же запалы, например?

Чтобы они в самый ответственный момент навернулись?

Можно повторить: для чего нужен запал или шашка?

[EvilShurik]

Пускач на химтопливе, всё равно, жидком или твёрдом, не выдержит десятки тысяч лет полёта АМС. Топливо, либо запал, могут так деградировать за тысячелетия, что "искоркой" энерговыделением даже единицы ватт, их не "заведёшь"

Если они лежат при почти абсолютном нуле в мёртвеньком зонде, где только тикают электронные часики - могут и выдержать. Это только на Земле, на сыром складе, понятное дело - не выдержат.

правильно выбрав газ, например, азот, для работы реактора, можно добиться исключительно большого срока службы. Азот в отличие от водорода, гелия не диффундирует через правильно подобранные стенки баков его содержащих.

Водород очень весело диффундирует, это да. Но другие газы, тем более в сжиженном состоянии, не думаю что будут теряться значительно.

Да, возможно, я преувеличил утечки газа. Тем более тяжёлых инертных газов, вроде того же ксенона, неона и аргона. Возможно, что ими всё-же можно заряжать ионники, а пускач сделать на сжатом газе, как в "Эдеме" у Лема. Хотя, подумал - со сжатым газом всё равно всё плохо: замёрзнет же всё. Нет альтернативы перхлоратам.

Если они подвешены в магнитном поле, то и долей ватта хватит на запуск реактора. Генератор электроэнергии - двигатель Стирлинга либо вообще термопары. В последнем случае исключаем проблемы с утечками рабочего тела электрогенератора - газа.

Идея заманчивая, но висеть неподвижно можно только в поле переменного тока. Кто его всю дорогу будет создавать? За годы набежит немалая энергия для подобной операции.

Вообще-то топливо имеет так называемую температуру вспышки. Ниже которой его зажечь слабой искрой проблематично. Например, бензин, на сибирском морозе -50С зажечь горящей сигаретой невозможно. И знающие это техники иногда прикалывались, туша сигарету об остывший бензин, налитый в ведро. Разумно считать, что и в случае твёрдого топлива пусковой шашки, остывшей до 2,7К - температуры межзвёздного пустого пространства это так.

А вот сблизить подвешенные в ПОСТОЯННОМ магнитном поле ТВЭЛ-ы - не проблема, если они висят в магнитном поле свободно. Кстати, переменное магнитное поле не нужно - во-первых, если перемещение подвешенного тела в магнитном поле ограничено, его можно зафиксировать между полюсами магнитов, расположенных так, чтобы одноимённые полюса отталкивались. Или можно использовать выталкивание постоянного магнитного поля сверхпроводником. У нас-то ведь температура вокруг АМС как раз для сверхпроводников самая оптимальная!
Если использовать газ типа неона как теплоноситель, то он не замёрзнет за счёт остаточного тепловыделения ТВЭЛ. Это справедливо при термостатировании (реактор-термос) и для азота.

[bob]

Кстати, переменное магнитное поле не нужно - во-первых, если перемещение подвешенного тела в магнитном поле ограничено, его можно зафиксировать между полюсами магнитов, расположенных так, чтобы одноимённые полюса отталкивались. Или можно использовать выталкивание постоянного магнитного поля сверхпроводником. У нас-то ведь температура вокруг АМС как раз для сверхпроводников самая оптимальная!
Если использовать газ типа неона как теплоноситель, то он не замёрзнет за счёт остаточного тепловыделения ТВЭЛ. Это справедливо при термостатировании (реактор-термос) и для азота.

Неплохо! Уже тепло. Слушайте, мы практически это сделали.Только  вот насчёт одноиименных полюсов убрать - и всё будет хорошо. И вот просто полюсами магнитов тело ну никак не зафиксировать.

[EvilShurik]

Кстати, переменное магнитное поле не нужно - во-первых, если перемещение подвешенного тела в магнитном поле ограничено, его можно зафиксировать между полюсами магнитов, расположенных так, чтобы одноимённые полюса отталкивались. Или можно использовать выталкивание постоянного магнитного поля сверхпроводником. У нас-то ведь температура вокруг АМС как раз для сверхпроводников самая оптимальная!
Если использовать газ типа неона как теплоноситель, то он не замёрзнет за счёт остаточного тепловыделения ТВЭЛ. Это справедливо при термостатировании (реактор-термос) и для азота.

Неплохо! Уже тепло. Слушайте, мы практически это сделали.Только  вот насчёт одноиименных полюсов убрать - и всё будет хорошо. И вот просто полюсами магнитов тело ну никак не зафиксировать.

Да ну? Если дать хотя бы одну механическую точку опоры, или ввести ещё одно поле - например, гравитационное, задача о магнитном подвесе в постоянном магнитном поле обретает решение.

[Dem]

А если сверхпроводник использовать?

[bob]

А если сверхпроводник использовать?

Сверхпроводник в горячей активной зоне?

[bob]

Вообще-то топливо имеет так называемую температуру вспышки. Ниже которой его зажечь слабой искрой проблематично. Например, бензин, на сибирском морозе -50С зажечь горящей сигаретой невозможно. И знающие это техники иногда прикалывались, туша сигарету об остывший бензин, налитый в ведро. Разумно считать, что и в случае твёрдого топлива пусковой шашки, остывшей до 2,7К - температуры межзвёздного пустого пространства это так.
А вот сблизить подвешенные в ПОСТОЯННОМ магнитном поле ТВЭЛ-ы - не проблема, если они висят в магнитном поле свободно. Кстати, переменное магнитное поле не нужно - во-первых, если перемещение подвешенного тела в магнитном поле ограничено, его можно зафиксировать между полюсами магнитов, расположенных так, чтобы одноимённые полюса отталкивались. Или можно использовать выталкивание постоянного магнитного поля сверхпроводником. У нас-то ведь температура вокруг АМС как раз для сверхпроводников самая оптимальная!
Если использовать газ типа неона как теплоноситель, то он не замёрзнет за счёт остаточного тепловыделения ТВЭЛ. Это справедливо при термостатировании (реактор-термос) и для азота.

Подумал. Наверное, всё-таки возможно. То есть получится реактор вида А+Б+В (если смотреть стартовое сообщение). Кстати, неон как теплоноситель в проектах распространён.

[crazy_terraformer]

Вроде ничего не запрешает поднимать атомный номер до бесконечности?

Период полураспада запрещает: для элементов выше 100-го он исчисляется максимум в днях, для 108 элемента и далее - в минутах и секундах для самых стабильных изотопов. Соответственно, о создании каких-то запасов не может идти речи.

А як же энтот остров стабильности и магические числа?

[Rattus]

А як же энтот остров стабильности и магические числа?

Только до элемента №126.

[sharp]

А як же энтот остров стабильности и магические числа?

Они тоже стабильны лишь условно: более стабильны, чем сокамерники. Скажем, известные изотопы флеровия имеют полураспад несколько секунд, а для флеровия-298 ожидают 10 минут.
Правда, никто этот изотоп пока не получил.

[crazy_terraformer]

Кто знает, кто знает? Может и будет какой-нибудь изотоп с острова стабильности иметь период полураспада порядка как у плутония-239.

[bob]

bob, вот никак не пойму: зачем усложнять конструкцию? Вводить лишние детали, те же запалы, например?

Чтобы они в самый ответственный момент навернулись?

Можно повторить: для чего нужен запал или шашка?

Чтобы запустить реактор, который был почти холодным десятки или сотни лет. Нужна энергия на поднятие стержней замедлителя и запуск турбин, прокачивающих теплоноситель.

P.S. В копилку насчёт наиболее распространённых твёрдых топлив:
https://wiki2.org/ru/%D0%A2%D0%B2%D1%91%D1%80%D0%B4%D0%BE%D0%B5_%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BE#.D0.A1.D0.BE.D0.B2.D1.80.D0.B5.D0.BC.D0.B5.D0.BD.D0.BD.D1.8B.D0.B5_.D1.81.D0.BC.D0.B5.D1.81.D0.B5.D0.B2.D1.8B.D0.B5_.D1.82.D0.BE.D0.BF.D0.BB.D0.B8.D0.B2.D0.B0

[bob]

Пускач на химтопливе, всё равно, жидком или твёрдом, не выдержит десятки тысяч лет полёта АМС. Топливо, либо запал, могут так деградировать за тысячелетия, что "искоркой" энерговыделением даже единицы ватт, их не "заведёшь". Нужно что-то "дубовое", без "трущихся частей". Например, а зачем в быстром реакторе "2 в 1" на плутонии-239 замедлитель? Как в реакторах БН, разгонять его будем сближая ТВЭЛ-ы. Если они подвешены в магнитном поле, то и долей ватта хватит на запуск реактора. Генератор электроэнергии - двигатель Стирлинга либо вообще термопары. В последнем случае исключаем проблемы с утечками рабочего тела электрогенератора - газа. Но и правильно выбрав газ, например, азот, для работы реактора, можно добиться исключительно большого срока службы. Азот в отличие от водорода, гелия не диффундирует через правильно подобранные стенки баков его содержащих.

Знаете, меня вдруг осенило, как избежать химического пускача наиболее простым и надёжным способом. Два месяца крутилось в подкорке Ваше предложение о подмагничивании твэлов, но я не знал, как это сделать (постоянное магнитное поле, как ни крути, а может только помешать всё сдвинуть назад). И вдруг понял, что использовать надо не магнитное поле, а инерцию-гравитацию. Тогда всё сходится.
Итак: когда реактор входит в режим гибернации, его твэлы за счёт выработанной им энергии разведены друг от друга подальше, а секции замедлителя опущены. Он почти полностью заглушен и работает в режиме изотопника, так, чтобы энергии хватало только на таймер его пробуждения обратно в активный режим. Казалось бы, откуда взять энергию на запуск? Как снова сдвинуть твэлы, поднять замедлитель и прокачать теплоноситель? А элементарно. Любой зонд дальнего действия между коррекциями траектории закручен вокруг своей оси, чтобы сохранять ориентацию в пространстве и ориентацию антенны на земную орбиту. Делаем таймер не просто электронными часиками, а с механикой, с колёсиком. А заглушенный реактор ставим на механическую же защёлку. Таймер не просто тикает, а микрон за микроном (он же слабенький), десятилетиями подвигает защёлку (она как раз может быть и подмагниченной, чтобы всё диффузией не слиплось). Когда она соскакивает, твэлы и замедлитель начинают смещаться центробежной силой вращения аппарата друг к другу. Центробежная сила, понятное дело, не велика, поскольку зонд не крутится совсем как пропеллер, а вяло. Но твэлы же тяжёлые (это даже в миниреакторах типа "Гипериона" центнеры), энергии их смещения должно хватить и на первую раскрутку турбин, гоняющих теплоноситель. В результате реактор запустит сам себя путём... обрушения своих деталей друг на друга. Искусственная гравитация как пускач. Маховик в вакууме это дармовой способ на сколь угодно долгое время запасти энергию, которой нам не хватало на пуск.  А дальше, после запуска реактора, энергии уже навалом. Можно остановить вращение, как обычно, электроракетными двигателями, провести наблюдения, скорректировать траекторию, послать отчёт на Землю. А после снова раскрутиться, заглушиться, и опять уснуть. И не нужно никакой химии и магнитов.

P.S. Все месяцы этого обсуждения меня не отпускает воспоминание, как персонажи лемовского "Эдема" думали, чем запустить остывший реактор совсем без энергии. Шутили про конную тягу, но сошлись на сжатом воздухе. А у нас и сжатого воздуха в запасе нет. Но любая техническая проблема имеет административное решение. В данном случае скатываем камни с горы - вот и энергия.

[Rattus]

Красиво. А решение Б.Штерна Вам как (не в масштабе, а принципиально)?

Давайте, возьмем обыкновенные чисто урановые стержни из двести тридцать пятого, например, десять километров длиной и будем их протягивать сквозь активную зону со скоростью, например, метр в год. И пусть они сзади висят на десять километров — никому они там мешать не будут. А на выходе из активной зоны — испарять, ионизировать и в двигатели — в качестве рабочего вещества. И активную зону можно подстроить — сделать неоднородной по длине: начало оптимизировано под чистый уран-235, конец — под изрядно отработанный. И еще: нейтроны из начала активной зоны пойдут в конец и там помогут дожечь отработанные стержни. А уж механизм подачи на метр в год можно как-нибудь на десять тысяч лет гарантийного срока соорудить.
— Замучаешься критичность поддерживать на чистом двести тридцать пятом! Чуть уйдет вверх — и рванет — костей не соберешь.
— Хорошо, замучаемся, но сделаем. Подумаешь, проблема!...
— Зачем все стержни в одну сторону протягивать, а потом бороться с неоднородностью активной зоны? Давайте вперемешку половину протягивать вперед, а другую половину — назад. Будет однородней, и на концах нейтроны от свежих входящих стержней будут дожигать уран в отработанных выходящих.

[sharp]

Красиво. А решение Б.Штерна Вам как (не в масштабе, а принципиально)?

Мне интуиция подсказывает, что не взлетит.
Проблема реактора в постепенной деградации конструкционных материалов, тут она не решается.

Способ для хранения запаса урана-235 не самый подходящий: будет постепенно выгорать под воздействием космического излучения.