Атомные технологии в космосе

[AlKri]

Реактор может стабильно работать на 1% от номинальной мощности

МИНИМАЛЬНО КОНТРОЛИРУЕМЫЙ УРОВЕНЬ МОЩНОСТИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Минимальный уровень мощности активной зоны ядерного реактора, достаточный для контроля за цепной реакцией при помощи аппаратуры системы управления и защиты данного реактора.
Если при проектировании задаваться целью в 1%, то конечно можно. Здесь есть некоторые нюансы - энергетические реакторы так не проектируют, это не требуется. Но существуют физические схемы, например, бустер-реакторов управляемых внешним НГ. Там вообще возможно всё.

​

то такое РЭУ и какие у них могут быть (уже есть) мощности?

Реакторные (ядерные) энергетический установки - например для ледоколов, подводных лодок и пр. Посмотрите РИТМ 200, например. Вообще говоря, для энергетических проектов на планете есть общепринятое правило - степень обогащения топлива не должна превышать 20%, тогда это не считается нарушением правил нераспространения. С другой стороны это обуславливает минимально возможные размеры АЗ и прочие размеры собственно объекта. Для объектов вне земной поверхности от подобных ограничений возможно откажутся.
Вопрос - а чего хотим получить?

 

[marata]

AlKri, о какой мощности идёт разговор?

 

[constructor]

AlKri, внешний НГ - это нейтронный генератор?

 

[миг-21р]

Если при проектировании задаваться целью в 1%, то конечно можно. Здесь есть некоторые нюансы - энергетические реакторы так не проектируют, это не требуется.

я, как и уважаемый SDA ничего не понимаю про атомные реакторы, но про инерционность ядерных процессов, например, ксеноновое отравление или тепловую инерцию читал. Мы ж интересуемся не сферическим конем в вакууме, а энергетическими атомными установками и их практическим применением. Интернет утверждает, что "Современные реакторы (например, ВВЭР-1200 или PWR) способны снижать мощность до 20–25% благодаря усовершенствованным системам управления и конструктивным решениям". К тому же кроме едреного реактора надо как-то системно регулировать турбину и генератор, которые имеют собственные ограничения (и это я знаю достоверно). Поэтому в практическую работу атомной установки + турбина + генератор, способной регулировать энергетическую мощность в пределах от 1% до 100% и даже в долговременную работу, например, на 10% от номинала поверить не могу

 

[constructor]

я, как и уважаемый SDA ничего не понимаю про атомные реакторы, но про инерционность ядерных процессов, например, ксеноновое отравление или тепловую инерцию читал. Мы ж интересуемся не сферическим конем в вакууме, а энергетическими атомными установками и их практическим применением. Интернет утверждает, что "Современные реакторы (например, ВВЭР-1200 или PWR) способны снижать мощность до 20–25% благодаря усовершенствованным системам управления и конструктивным решениям". К тому же кроме едреного реактора надо как-то системно регулировать турбину и генератор, которые имеют собственные ограничения (и это я знаю достоверно). Поэтому в практическую работу атомной установки + турбина + генератор, способной регулировать энергетическую мощность в пределах от 1% до 100% и даже в долговременную работу, например, на 10% от номинала поверить не могу

Турбина не обязательна. Американцы планируют двигатель Стирлинга.

 

[SDA]

Турбина не обязательна. Американцы планируют двигатель Стирлинга.

Всё равно тепловая машина с подвижными деталями

 

[constructor]

Всё равно тепловая машина с подвижными деталями

Примерно в четыре раза больше выход электроэнергии по сравнению с термоэлектрическими преобразователями. По непроверенным интернет источникам.

 

[SDA]

Примерно в четыре раза больше выход электроэнергии по сравнению с термоэлектрическими преобразователями. По непроверенным интернет источникам.

Так речь в вашем соообщении шла о турбине, а не о термопарах.

 

[constructor]

Так речь в вашем солбщении шла о турбине, а не о термопарах.

Что турбина, что другие тепловые машины имеют движущиеся части. Это плохо, но похоже что без этого пока нельзя обойтись.

 

[AlKri]

Поэтому в практическую работу атомной установки + турбина + генератор, способной регулировать энергетическую мощность в пределах от 1% до 100% и даже в долговременную работу, например, на 10% от номинала поверить не могу

И не надо - никто Вас не заставляет. Но, мы выше говорили именно про реактор, а не про электро генерирующий комплекс, построенный по конвенциональным схемам. Для установок типа ВВЭР (водо-водяные реакторы) характерны достаточно большие расходы энергии на поддержание собственных нужд, от 6,5 до 12% по электрической мощности. И мы обсуждаем не стационарные установки с размерами АЗ 7х12 м как в РБМК или 3,5х4 м как в ВВЭР с загрузками низко обогащённого ЯТ в 193 и 68 тонн соответственно, да - размер имеет значение. Тут свои особенности и закономерности, вытекающие из целей, для которых это строилось. Для установок под иные цели на высоко обогащённом ЯТ с минимальным его количеством, компактными АЗ вполне возможно создание реакторов с нужными характеристиками.

 

[marata]

я, как и уважаемый SDA ничего не понимаю про атомные реакторы, но про инерционность ядерных процессов...

Можно сделать энергетическую установку с, практически, мгновенным изменением мощности от 100 до 0%. Подводные лодки как-то же маневрируют. Я же неспроста задал вопрос про мощность. Тепловую мощность сложно изменять. Электрическую (ну или кинетическую) - пожалуйста. Только в этом случае "весь пар уходит в свисток". Главное чтобы с реактора снималась энергия. В ВВЭР или других энергетических реакторах режим не меняют из соображения экономики. А если денег не жалко, то можно и на 1% мощности запустить. Только в водоеме-охладителе карпы всплывут брюхом кверху.

 

[SDA]

Что турбина, что другие тепловые машины имеют движущиеся части. Это плохо, но похоже что без этого пока нельзя обойтись.

не нужно забывать, что машине Стирлинга нужно охлаждение рабочего тела. В вакууме это проблема.
Видимо, в такие же проблемы упёрся и "космический буксир с энергоустановкой мегаваттного класса"

 

[AlKri]

Тепловую мощность сложно изменять.

Для, например, ВВЭР - да, хотя и тут в известных пределах вполне себе меняется. Но, (и в последний раз) его мы не рассматриваем! Речь идёт о возможности создания компактной ЯЭУ на относительно небольшие мощности и без ограничительных требований по топливу, да и ещё много по чему. Пока мы пытаемся обсуждать непонятно что это будет: газовый, солевой, жидкометаллический реактор? Управление? Тип ЯТ?
Физика ничего не запрещает, у каждого конструктива будут свои недостатки и преимущества. Если, конечно, на Луне не соберуться строить ВВЭР...

 

[AlKri]

В вакууме это проблема.

А где тут проблема? На Луноходе стоял изотопный источник тепла, ночью он не давал замёрзнуть аккумуляторам и прочей начинке, а на солнце направление потока газа внутри корпуса менялось и он проходил только по внутренней поверхности корпуса, отдавая ему тепло. Рассеяния тепловым излучением вполне хватало. На земной орбите тело, находящееся в тени, имеет постоянную температуру около 120 -130 К.

 

[SDA]

А где тут проблема? На Луноходе стоял изотопный источник тепла, ночью он не давал замёрзнуть аккумуляторам и прочей начинке, а на солнце направление потока газа внутри корпуса менялось и он проходил только по внутренней поверхности корпуса, отдавая ему тепло. Рассеяния тепловым излучением вполне хватало. На земной орбите тело, находящееся в тени, имеет постоянную температуру около 120 -130 К.

У Лунохода не было столько мощности, как нужно будет для обитаемой станции.
Куда-то нужно будет девать 70% мощности реактора, которая теряется на КПД всей цепочки преобразования.
Потому я и спрашивал, можно ли зарегулировать реактор так, чтобы он не грелся сильно, когда это не нужно.

 

[миг-21р]

На Луноходе стоял изотопный источник тепла, ночью он не давал замёрзнуть аккумуляторам и прочей начинке

на Луноходе стоял даже не РИТЭГ, а его упрощенная версия RHG (Radioisotope Heat Generator) в котором распад изотопа используется только для обогрева, без получения электричества. Как говорит интернет-источник, "самый мощный из космических РИТЭГов. 7,8 кг плутония-238 давал всего 300 Вт электрической мощности", которой к тому же нельзя управлять. А мы говорим об установке, способной выдавать если не сотни, то хотя бы десятки кВт в условиях планеты Луна.

 

[AlKri]

а его упрощенная версия RHG (Radioisotope Heat Generator) в котором распад изотопа используется только для обогрева,

Так я и написал "изотопный источник тепла"...

Потому я и спрашивал, можно ли зарегулировать реактор так, чтобы он не грелся сильно, когда это не нужно.

Послушайте, вообще говоря, существуют даже импульсные реакторы, способные выдавать мощные, короткие (и даже очень короткие) импульсы энергии. Так что вопрос только в определении тех. требований к такому объекту. А из них определится принципиальная физическая схема, а потом и всё остальное. И, кстати, температура на поверхности Луны от −170 °C ночью до +130 °C в зависимости от освещённости, а породы, залегающих на глубине 1 м и более, имеют постоянную температуру −35 °C. Так что вполне себе можно отвести достаточно тепла без особых трудностей.
P.S. Вы тут не одиноки: NASA Announces Artemis Concept Awards for Nuclear Power on Moon - NASA

 

[ВладТ]

И, кстати, температура на поверхности Луны от −170 °C ночью до +130 °C в зависимости от освещённости, а породы, залегающих на глубине 1 м и более, имеют постоянную температуру −35 °C. Так что вполне себе можно отвести достаточно тепла без особых трудностей.

А вот это верное замечание - условия для реактора закопанного в грунт Луны и реактора на борту буксира - разные.
Теплоемкость у Луны большая