¿Cómo puede la energía nuclear producir -electricidad- en el espacio cuando la energía debe ser convertida de otra manera?

Los reactores nucleares pueden funcionar bien con otros refrigerantes, y los reactores nucleares realmente de alta eficiencia aquí en la Tierra están diseñados para usar helio en el circuito de refrigerante principal para soportar el funcionamiento del núcleo a una temperatura mucho más alta que la que generalmente utilizan los reactores enfriados por agua. Otras soluciones han incluido el uso de sodio (muy peligroso porque el sodio se encenderá en presencia de agua, por lo que una fuga podría convertirse en una pesadilla radiactiva en llamas) y metales como el plomo (ha ocurrido el problema opuesto, aparentemente algunos submarinos de la era soviética que usan alta potencia, reactores enfriados por plomo han sido desmantelados porque se permitió que la temperatura de operación descendiera demasiado, lo que provocó que el refrigerante se solidificara en el circuito primario).

La principal razón para evitar los generadores de "vapor" no es técnica, sino las leyes de la física. Los generadores de vapor se consideran máquinas de ciclo "Rankin" y, como la mayoría de los motores térmicos, tienen un límite superior bastante estricto para la cantidad de energía que se puede extraer, conocido como el teorema de Carnot (termodinámica).

El teorema de Carnot establece:

Todas las máquinas térmicas entre dos depósitos de calor son menos eficientes que una máquina térmica de Carnot que opera entre los mismos depósitos.

Cada motor térmico de Carnot entre un par de depósitos de calor es igualmente eficiente, independientemente de la sustancia de trabajo empleada o los detalles de la operación.

La fórmula para esta eficiencia máxima es:

eficiencia = 1 − TL/TH

donde TC es la temperatura absoluta del depósito frío, TH es la temperatura absoluta del depósito caliente y la eficiencia es la relación entre el trabajo realizado por el motor y el calor extraído del depósito caliente.

Para las máquinas de vapor (que es de lo que estamos hablando), el 33% es una eficiencia alta sin recalentamiento u otros pasos adicionales (los sistemas de ciclo combinado obtienen una eficiencia mucho mayor porque utilizan la energía del combustible varias veces, es decir, un generador de turbina de gas que utiliza el escape para calentar el vapor).

Una cosa que podría funcionar bien en el espacio es usar un generador MHD , donde el calor del reactor ioniza un refrigerante que pasa a través de un campo magnético. MHD no está limitado por el límite de Carnot. La máxima expresión de eso es un reactor de " fragmentos de fisión ", donde el material fisible se introduce en una cámara magnética en forma de polvo fino. La fisión resultante del material se captura en el movimiento de alta energía de las partículas de fisión (hasta 0,03 c , pero en la práctica suele ser de 0,01 c debido a colisiones internas), lo que hace que una corriente de partículas cargadas de alta energía se aproveche para obtener energía eléctrica. energía o para ser utilizado como un motor de cohete. (Vea esto también)

Los MHD y los reactores de fragmentos de fisión también requieren menos "tuberías" y, por lo general, radiadores más pequeños para la cantidad de energía del reactor, lo que es ventajoso al diseñar una nave espacial o una colonia espacial.

Estás partiendo de una suposición falsa. Las turbinas de vapor no usan la flotabilidad del vapor para generar energía, usan su presión. Esto funciona bien en el espacio: separar el vapor del agua puede ser un poco complicado, pero eso es solo un detalle de ingeniería.

Alternativamente, si no quiere lidiar con partes móviles, puede usar un generador termoeléctrico para convertir el calor directamente en electricidad. Esto no es tan eficiente como una turbina, pero también es menos probable que se averíe.

Si bien los reactores nucleares no requieren que el vapor suba, asegurarse de que solo el vapor (y no el agua) llegue a la turbina puede ser un poco difícil en microgravedad.

1) Use lo que estamos usando ahora: RTG . Sin partes móviles = sin problemas con la gravedad (o la falta de ella)

2) Generar "gravedad artificial" utilizando una centrífuga. (Dado que las centrífugas no son ciencia ficción, supongo que esto no es lo que significa "sin gravedad artificial"). Debería ser suficiente colocar el intercambiador de calor en la centrífuga, ni el circuito primario de alta presión ni las turbinas. necesitan la gravedad, lo que evita tener que hacer girar el núcleo del reactor.

He leído que se están investigando los diseños de Stirling Engine para este propósito, ya que son mucho más eficientes y de mayor potencia que los RTG. Eso es probablemente lo que estás buscando. Es posible que encuentre algo de información en diseños reales ahora que lo sabe, pero supongo que puede usar un diseño que no tenga un cambio de fase como el vapor ("fluido de trabajo monofásico"), y usa circulación activa por lo que no necesita corrientes de convección.