핵분열 파쇄 로켓

Fission-fragment rocket

핵분열-파쇄 로켓은 별도의 유체를 작동 질량으로 사용하는 것이 아니라 뜨거운 핵분열 생성물을 추력을 위해 직접 이용하는 로켓 엔진 설계입니다.이 설계는 이론적으로 현재 기술의 능력 범위 내에서 매우 높은 특정 자극을 발생시킬 수 있습니다.

설계에 관한 고려 사항

전통적인 핵 열 로켓 및 관련 설계에서 핵 에너지는 어떤 형태로든 원자로에서 생성되며 추력을 생성하기 위해 작동 유체를 가열하는 데 사용된다.이것은 원자로가 온전한 상태를 유지할 수 있는 온도로 설계를 제한하지만, 교묘한 설계로 인해 임계 온도가 수만 도까지 상승할 수 있습니다.로켓 엔진의 효율은 작동 유체의 배출 온도와 강하게 관련되어 있으며, 최신 가스 코어 엔진의 경우 약 7000초 I의sp 특정 임펄스에 대응합니다.

기존 원자로 설계의 온도는 연료의 평균 온도이며, 대부분의 온도는 특정 순간에 반응하지 않는다.핵분열을 겪고 있는 원자들은 수백만 도에 있고, 그 후 주변 연료로 퍼져나가며, 전체 온도는 수천 도에 이른다.

연료를 물리적으로 매우 얇은 층이나 입자로 배열함으로써 핵반응의 파편이 표면에서 빠져나갈 수 있다.높은 반응 에너지로 인해 이온화되기 때문에 자기적으로 처리되고 추력을 생성하기 위해 채널을 돌릴 수 있습니다.그러나 여전히 수많은 기술적 문제가 남아 있습니다.

조사.

회전식 연료 원자로

핵분열-분열 추진 개념
핵분열성 필라멘트가 원반, 회전축,
c 리액터 노심, d fragments

아이다호 국립공학연구소와 로렌스 리버모어 국립연구소의[1] 설계에서는 바퀴에 방사형으로 배열된 다수의 매우 얇은 탄소 섬유 표면에 배치된 연료를 사용합니다.휠은 보통 미임계입니다.여러 개의 바퀴가 하나의 큰 실린더를 만들기 위해 하나의 축에 쌓였습니다.실린더 전체가 회전하여 일부 섬유가 항상 주변 감속재가 섬유를 임계 상태로 만드는 원자로 노심 내에 있도록 했다.섬유 표면의 핵분열 파편들은 분리될 것이고 추력을 위해 통로가 될 것이다.그런 다음 파이버가 반응 영역 밖으로 회전하여 냉각되어 용융을 방지합니다.

이 시스템의 효율성은 놀랍습니다. 기존 재료를 사용하면 10만 이상의 특정 충격이 가능합니다.원자로 노심 및 기타 원소의 무게가 핵분열-파쇄 시스템의 전반적인 성능을 저하시킬 수 있지만 이는 고성능이다.그럼에도 불구하고, 이 시스템은 성간 전구체 임무를 가능하게 하는 일종의 성능 수준을 제공합니다.

더스티 플라즈마

더스티 플라즈마 바닥 원자로
추진용 핵분열 파편
B형 원자로
발전을 위해 감속된 핵분열 조각
d 감속재(BeO 또는 LiH), e 격납용기 필드 발생기, f RF 유도 코일

로드니 L. 클라크와 로버트 B의 새로운 디자인 제안서입니다.셸던은 이론적으로 회전하는 파이버 휠 [2]제안보다 효율을 높이고 동시에 핵분열 단편 로켓의 복잡성을 낮춥니다.이 설계에서는 핵분열성 연료(또는 자연적으로 방사성 붕괴되는 연료)의 나노입자가 축방향 자기장(자기경 역할을 함)과 외부 전기장의 영향을 받는 진공 챔버에 보관된다.핵분열이 일어나면서 나노입자가 이온화되면서 챔버 내에 먼지가 부유하게 된다.입자의 표면적이 매우 높기 때문에 복사 냉각이 간단해집니다.축방향 자기장은 먼지 입자의 움직임에 영향을 미치기에는 너무 약하지만 파편을 빔으로 전달하기에 충분합니다. 빔은 출력을 위해 감속하거나 추력을 위해 방출할 수 있습니다.배기가스 속도는 빛의 3%~5%이고 효율은 최대 90%로 100만 초sp I 이상을 달성할 수 있을 것이다.

핵연료로서 242m

1987년 로넨 & 라이프슨은 Am(아메리슘 동위원소 중 하나)의 핵연료로서의 우주 원자로에 대한 적용에 관한 연구를 발표했다.Am에 의해 구동되는 핵 시스템은 기존 핵 연료에 비해 2배에서 100배 정도 적은 연료를 필요로 한다.

Am을 이용한 핵분열-파쇄 로켓은 1988년 LLNL의 조지[5] 채플라인에 의해 제안되었으며, 그는 핵분열 물질에 의해 생성된 핵분열 파편에 의한 추진제 가스의 직접 가열에 기초한 추진을 제안했다.로넨 [6]등은 Am이 두께 1mm의 1000분의 1 미만의 극히 얇은 금속막으로 지속적인 핵분열을 유지할 수 있음을 입증했다.242mAm은 U 또는 Pu 질량의 1%만 있으면 임계 상태에 도달한다.Negev의 Ben-Gurion University에 있는 Ronen의 연구팀은 Am에 기반한 핵연료가 불과 [7]2주 만에 지구에서 화성까지 우주선을 가속할 수 있다는 것을 보여주었다.

242mAm의 핵연료로서의 잠재력은 그것이 가장 높은 열분열 단면(수천 개의 축사)을 가지고 있다는 사실에서 비롯되며, 이는 알려진 모든 동위원소 중에서 두 번째로 높은 단면이다.242mAm은 핵분열성이며(홀수 수의 중성자를 가지고 있기 때문에), Pu와 비교할 [8]수 있는 낮은 임계 질량을 가지고 있다.[9] 핵분열 단면이 매우 높고 원자로에서는 비교적 빨리 파괴된다.또 다른 보고서는 Am이 박막으로도 연쇄반응을 지속할 수 있으며 새로운 형태의 핵 [6][10][11][12]로켓에 사용될 수 있다고 주장한다.

Am의 열흡수 단면이 매우 높기 때문에 Am을 얻을 수 있는 가장 좋은 방법은 고속 원자로에서 조사된 아메리슘-241의 고속 중성자 또는 발열 중성자를 포착하는 것이다.단, 고속 스펙트럼 원자로는 쉽게 이용할 수 없다.에는 기존 PWR의 Am 생산에 대한 자세한 분석이 제공되었습니다.[13]칼스루에 공과대학 2008년 연구에서 Am의 증식 [14]저항성이 보고되었다.

2000년 CERN의 Carlo Rubbia는 Am을 [17]연료로 사용하는 핵분열 파괴 로켓에 대한 로넨과 차플라인의[16] 연구를 더욱 확장했다.루비아 설계에 기초한 프로젝트 242는[18] 핵분열 파편의 운동 에너지를 추진제 가스의 엔탈피 증가로 직접 변환하여 Am 기반 박막 핵분열 파편 가열식[19] NTR 개념을 연구하였다.프로젝트 242는 [20]화성 탐사 임무에 이 추진 시스템을 적용하는 것을 연구했다.예비 결과는 매우 만족스러웠고 이러한 특성을 가진 추진 시스템이 임무를 가능하게 할 수 있다는 것이 관찰되었다.또 다른 연구는 기존 [21]열원자로의 Am 생산에 초점을 맞췄다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 채플린, G., 딕슨, P., 슈니츨러, B.핵분열 파편 로켓 - 잠재적 돌파구
  2. ^ Clark, R.; Sheldon, R.더스티 플라즈마 기반 핵분열 파편 원자로 미국 항공 우주 연구소.2007년 4월 15일
  3. ^ 로넨, 이갈, 멜빈 J. 리프슨입니다핵연료로서 아메리슘-242m의 잠재적 응용 사례.트랜스 이스라엘 누클Soc. 14(1987년): V-42.
  4. ^ 로넨, 이갈, 멜빈 J. 리프슨입니다"핵연료로서 242mAm의 잠재적 응용"핵과학 및 엔지니어링 99.3(1988년): 278-284.
  5. ^ 채플린, 조지"분열 파편 로켓 개념"물리연구 섹션 A: 가속기, 분광계, 검출기 및 관련 기기 271.1(1988) : 207-208.
  6. ^ a b Ronen, Yigal; Shwageraus, E. (2000). "Ultra-thin 241mAm fuel elements in nuclear reactors". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 455 (2): 442–451. Bibcode:2000NIMPA.455..442R. doi:10.1016/s0168-9002(00)00506-4.
  7. ^ "Extremely Efficient Nuclear Fuel Could Take Man To Mars In Just Two Weeks" (Press release). Ben-Gurion University Of The Negev. 28 December 2000.
  8. ^ "Critical Mass Calculations for 241Am, 242mAm and 243Am" (PDF). Archived from the original (PDF) on 22 July 2011. Retrieved 3 February 2011.
  9. ^ 루드윅, H. 등"우주 핵 열추진 프로그램을 위한 입자상 원자로 설계"원자력 발전 30.1(1996) : 1 ~ 65.
  10. ^ 로넨, Y, G. 레이츠."원자로의 초박형 242mAm 연료 원소입니다.II. "물리연구 섹션 A: 가속기, 분광계, 검출기 및 관련 기기: 558-567.
  11. ^ Ronen, Yigal, Menashe Aboudy 및 Dror Regev. "핵연료로서 242 m Am을 사용하는 새로운 에너지 생산 방법"원자력 테크놀로지 129.3 (2000): 407-417.
  12. ^ 로넨, Y, E. 프리드먼, E.슈와게루스"최소 열원자로"핵과학 및 공학 153.1 (2006) : 90-92.
  13. ^ 골리안드, 레오니드, 이갈 로넨, 그리고 유진 슈바게라우스."가압수형 원자로에서의 242m AM 사육 상세 설계"핵과학 및 공학 168.1 (2011): 23-36.
  14. ^ 케슬러, G. "가압수형 원자로, 고속 원자로 및 연료 주기 옵션이 다른 가속기 구동 시스템의 사용후 조사 원자로 연료에서 발생하는 아메리슘의 증식 저항"핵과학 및 공학 159.1 (2008) : 56-82.
  15. ^ 로넨 1988
  16. ^ 샤프라인 1988
  17. ^ 루비아, 카를로핵분열 파편이 우주 추진력을 위해 가열됩니다.번호. SL-Note-2000-036-EET. CERN-SL-Note-2000-036-EET, 2000.
  18. ^ 아겔리, M., G.F. 비그나미, G.젠타. "프로젝트 242: 핵분열 파편 우주 추진용 직접 가열-프로그램 합성과 우주 탐사에 적용"악타 우주 비행사 82.2 (2013): 153-158.
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  20. ^ 세사나, 알레산드라 등"열 원자로에서 오전 242m 생산에 대한 몇 가지 고려 사항"원자력 테크놀로지 148.1 (2004) : 97-101.
  21. ^ 베네티, P. 등"242mAm 생산"물리학 연구 섹션 A의 핵 계기와 방법: 가속기, 분광계, 검출기 및 관련 장비 564.1(2006) : 482-485.