¿Qué tipo de características de seguridad tendría un avión a reacción nuclear comercial?

El motor nuclear tendría que estar en una caja negra.

Normalmente se usa para almacenar registradores de vuelo, la caja negra (en realidad no es negra) es muy duradera y se ha probado exhaustivamente contra condiciones hostiles.

Ahora a las pruebas, que son increíblemente intensas:

1. La caja negra sale disparada de un cañón de aire a 3.400 veces la fuerza de la gravedad (o 3.400 Gs, si te gusta/todavía te gusta citar a Top Gun). Golpea un objetivo de aluminio con aproximadamente la fuerza de un avión jumbo que golpea la tierra.

2. Durante cinco brutales minutos, se aplasta con 5000 psi (libras por pulgada cuadrada) de presión para garantizar que pueda resistir un impacto sostenido.

3. Para probarlo contra el fuego, la caja se sienta dentro de una bola de fuego de 2000 grados durante una hora. Sin protector solar.

4. Luego, los probadores hacen un Jacques Cousteau completo y lo dejan caer en un tanque presurizado de agua salada, simulando la presión del agua a 20,000 pies debajo de la superficie. Durante 24 horas. En un entorno ligeramente menos presurizado, debe sobrevivir 30 días completamente sumergido en agua salada.

5. Y si todo eso no fuera suficiente, se deja caer un peso de 500 lb con un pasador de un cuarto de pulgada sobre la caja desde una altura de 10 pies para asegurarse de que no se perfore.

Si todo va bien, la unidad se somete a una serie de pruebas de diagnóstico para ver si todavía funciona.

El motor de energía nuclear necesitaría pruebas similares, para garantizar que el avión pueda caer del cielo y estrellarse y que el material nuclear no se derrame.

También se debe hacer muy difícil que alguien robe los desechos. Un ladrón de cajas fuertes podría hacerlo a tiempo, pero no rápidamente.

Los requisitos de peso serían significativos, pero la potencia adicional debería permitirle operar motores más potentes, por lo que se equilibra.

El diseño de residuos y la ruta de vuelo tendrían que ser tales que fueran menos vulnerables al terrorismo.

Cierto riesgo es comprensible. Los hospitales y la industria ya usan mucho material radiactivo y tienen una seguridad deficiente, y aún no hemos fabricado una bomba sucia.

Dicho esto, el patrón de vuelo y la eliminación de desechos deben realizarse para minimizar el riesgo. No deberían volar sobre países que puedan secuestrarlos, y no deberían aterrizar en países donde la gente pueda atacarlos. Deben asegurarse de que los desechos se almacenen en forma de cerámica o vidrio vitrificado, lo que dificulta convertirlos en armas en una bomba sucia.

Combustible especial resistente a desastres.

Un reactor de fisión significa que necesita elementos fisionables. Es posible procesar estos elementos para minimizar la posibilidad de que escapen al aire o al agua en caso de desastre, o incluso la posibilidad de que participen en una reacción desbocada. Un ejemplo: combustible triso.

El combustible triestructural-isotrópico (TRISO) es un tipo de micropartícula de combustible. Consiste en un núcleo de combustible compuesto de UOX (a veces UC o UCO) en el centro, recubierto con cuatro capas de tres materiales isotrópicos depositados mediante deposición de vapor químico fluidizado (FCVD). Las cuatro capas son una capa amortiguadora porosa hecha de carbono que absorbe los retrocesos de los productos de fisión, seguida de una capa interna densa de carbono pirolítico protector (PyC), seguida de una capa cerámica de SiC para retener los productos de fisión a temperaturas elevadas y para dar el TRISO partícula más integridad estructural, seguida de una densa capa exterior de PyC. Las partículas TRISO luego se encapsulan en gránulos de grafito cilíndricos o esféricos.

Estos están en pequeños rompemandíbulas de combustible. ¡No te los comas! Bueno, uno probablemente estará bien. En cualquier caso, el recubrimiento mantiene el combustible bajo control. Hay muchas bromas sobre esto: combustible QUADRISO, etc.

Una bomba sucia todavía es posible. Tendrían que descifrar y procesar el combustible recubierto para permitir que los materiales radiactivos se dispersen con la bomba sucia. Eso tomaría algo de trabajo.

También se me ocurre que usar un combustible inusual pero legítimo como el torio o el uranio metálico no enriquecido podría limitar la utilidad para los terroristas que quieren capturar estos materiales para hacer una bomba nuclear. Los planes de bombas son probablemente bastante específicos en lo que respecta a los materiales de partida.

Además de los demás elementos mencionados

Vas a necesitar mucho blindaje.

Las reacciones de fisión emiten muchos neutrones. Los neutrones necesitan mucha protección, pero la radiación gamma es un problema aún peor. Figura en una pared de plomo de 60 cm de espesor para reducir la radiación gamma en un factor de 1000. Dada la intensidad de la radiación en el núcleo, probablemente especificaría 100 cm de plomo. Esto, por supuesto, será increíblemente pesado para volar.

Deseche todos los diseños de alta presión.

El peso adicional de tener un buque de contención volador sería una locura. La mayoría de nuestros reactores comerciales se basan en reactores presurizados, por lo que debe utilizar un diseño para el que existe una experiencia limitada. Por ejemplo, los diseños de sales fundidas propuestos para aviones nucleares para la USAF. Tenga en cuenta que las experiencias de diseño limitadas significan costos adicionales y demoras para obtener una licencia para incluso volar un avión de prueba, sin importar si sus ingeniosos ingenieros pudieron hacer el diseño correcto la primera vez.

El diseño de su reactor debe ser adecuado para gravedad cero o negativa.

Aunque no planees maniobras de combate volador o similares, las fuertes corrientes de aire pueden resultar en una gravedad negativa para un avión. Sería muy bueno si su planta está diseñada para hacer frente a esta condición en lugar de volverse súper crítica durante tal evento. Sé que algunos diseños de reactores fallarían porque dependen de la gravedad (p. ej., depósitos de refrigerante).

Los materiales expuestos a la radiación son dañados por ella.

El bombardeo de materiales de ingeniería con radiación intensa provoca cambios tanto químicos como nucleares. Todo el material en tales áreas tendrá que estar diseñado para resistir la exposición a la radiación esperada con una degradación tolerable, y esto casi significa que seguramente se deben esperar programas acelerados de inspección y reemplazo.

Características de seguridad aún más redundantes

A la gente le gustan sus medidas de seguridad redundantes cuando las armas nucleares están ubicadas en el suelo detrás de búnkeres endurecidos. Antes de que lo dejen volar, espere que se redoblen las características de seguridad requeridas.

No olvides tu paracaídas de avión completo

La gente va a estar nerviosa por los aviones nucleares. Es difícil imaginar que esto no será un requisito de licencia una vez que alguien decida que es una característica de seguridad necesaria. Estoy bastante seguro de que cabildearía por ello (después de vender sus acciones en corto).

Cierta fianza de responsabilidad seria está en orden

Bien, digamos que está manejando su flota de aviones nucleares y un terrorista derriba uno con un misil. Cuando pierde la contención en medio de la gran ciudad, se enfrentará a una gran demanda colectiva. Sin dicho bono, no tendrá inversores ni tendrá licencia para operar. Quizás no sea el equipo de seguridad en el que estaba pensando, pero sin embargo es esencial.

Parada de emergencia

Un reactor nuclear en un avión debe tener la característica de seguridad más importante que tiene cualquier fuente de energía nuclear: parada de emergencia. En este caso, esa parada podría darse a 40.000 Ft, en una aeronave con pasajeros, y poca capacidad de planeo por su peso.

Se necesitarían al menos tres paracaídas muy grandes y fuertes, más cerca del agua, para hacer descender la aeronave de manera segura.

Sin paracaídas, para poder aterrizar de forma segura en cualquier momento, considere la propulsión que puede funcionar tanto con energía nuclear como con combustible (cerosina), una construcción de motor híbrido que los rusos introdujeron cuando desarrollaron el Tupolev Tu-119, que sucedió a sus primeros modelos nucleares. prototipo Tu-95.

Refrigeración de emergencia

Una fuente de energía nuclear necesita refrigeración de emergencia y una cantidad adecuada de líquido refrigerante a mano. En un submarino, el agua fría es abundante, solo necesita una entrada segura. Pero en un avión, la instalación de refrigeración y su refrigerante añadirían un peso considerable al avión.

Blindaje

Cuestión de peso también. Ver las otras respuestas. Los prototipos militares fallaron en él, ref The Atlantic Jan'2019

El gran problema de alimentar un avión con un reactor de fisión es la radiación.

Las sustancias utilizadas para evitar que escape la radiación: plomo, agua u hormigón, son todas muy pesadas.

Considere el caso del NB36H , un bombardero estadounidense B-36 modificado para transportar un pequeño reactor de fisión. El reactor en realidad no alimentaba el avión, era solo una prueba para descubrir qué sucede cuando colocas un reactor en un avión.

GE realizó algunos trabajos iniciales en un motor a reacción que usaba el calor del reactor para impulsar el motor, en lugar de quemar combustible. El problema era que tendía a irradiar partículas en el aire, dejando un rastro radioactivo. Las bases que operaron un avión de este tipo habrían tenido un problema real con la radiación residual.

Con el NB36H, el compartimento de la tripulación estaba revestido con 11 toneladas de plomo, lo que lo hacía muy pesado. Y, aunque el NB36H voló varias veces y se descubrió que el blindaje era efectivo, el desastre que resultaría de un choque, incluida una fusión descontrolada del núcleo del reactor, puso fin a esta idea.

Los soviéticos tenían un programa casi idéntico, el TU95LAL , que fue abandonado por la misma razón: el rastro radiactivo que dejaba en el aire y las nefastas consecuencias de un accidente.

Presumiblemente, un avión de propulsión nuclear usaría una disposición de blindaje similar, pero también enfrentaría el doble problema de dejar un rastro radiactivo en el aire y los resultados de un accidente.