¿Se podría construir un "turborreactor nuclear"?

Al estar familiarizado con los motores a reacción, me pregunto si se podría construir un dispositivo similar para proporcionar alta I sp y alto empuje en el vacío y el espacio . Usando la fórmula probada y verdadera del turborreactor como analogía:

  • Entrada. Este sería el almacenamiento de propulsor, digamos hidrógeno, siempre a nivel local. METRO = 0 para un motor de cohete. Porque nuestro objetivo es un gran empuje y un alto I sp , el caudal másico es muy bajo, por lo que un accionamiento eléctrico será suficiente para accionar una bomba propulsora. El propulsor gaseoso de muy baja densidad es posteriormente ionizado por una antena de RF a un plasma de baja temperatura.
  • Compresor de etapas múltiples. El motor a reacción necesita esto para establecer una dirección de flujo estable, además de que es una parte necesaria del ciclo Brayton. Así que imagino que para el plasma esto es más o menos lo mismo. Para un turborreactor nuclear, estas serían etapas en cascada de impulsores magnetohidrodinámicos con sección transversal convergente y difusores, que es simplemente una sección con una sección transversal divergente, supongo que esto en lugar de lo contrario porque el plasma está caliente y el absoluto El número de velocidades locales del sonido debe ser muy alto para que la compresión sea subsónica. O esto podría hacerse en una etapa simple para plasma.
  • Inyección y quemado de combustible. Aquí está la parte que distingue a los turborreactores nucleares de los convencionales. Para que ocurra la fisión, el combustible también debe exprimirse . No sé si puede hacer esto simplemente inyectando plutonio o uranio ionizado y exprimiéndolo o si necesita un tamper ionizado alrededor para contenerlo para una combustión más completa, y si el tiempo de combustión para la fisión se puede hacer menos de el tiempo de permanencia en la sección de combustión. Al igual que con el motor a reacción, la presión alcanza su punto máximo antes de esta etapa y solo desciende desde aquí, por lo que los gases de escape salen por la parte trasera. Tampoco sé si existe una equivalencia magnética de un soporte de llama para inducir vórtices dentro del plasma para ayudar a la combustión.
  • Turbina. Este sería un generador magnetohidrodinámico que alimenta el accionamiento magnetohidrodinámico del combustor.
  • Boquilla. Una boquilla magnética variable de Laval.

Un motor a reacción es aerodinámico, tiene una vibración muy baja en comparación con su homólogo pulsado, el motor de pistón, y tiene la asombrosa capacidad de quemar casi todos los hidrocarburos del mercado, siempre que pueda expulsarlos de la línea de combustible. Me imagino que el plasma no es tan diferente del gas y un turborreactor nuclear podría ofrecer ventajas similares al mismo tiempo que proporciona una velocidad de escape muy alta y, por lo tanto, un fuerte empuje con una tasa de flujo de masa baja.

¿Es factible este motor, si agitamos a mano la bobina superconductora que genera la parte del campo magnético y el patrón exacto de la parte del campo magnético? Turborreactor de respiración de aire vs Turborreactor nuclear

Esta pregunta probablemente esté más relacionada con la aviación que con el espacio. en.wikipedia.org/wiki/Nuclear-powered_aircraft
Está confundiendo los requisitos para una reacción en cadena de fisión y los de una reacción de fusión confinada magnéticamente.
El sistema utiliza hidrógeno almacenado como masa de reacción y combustible que no necesita un oxidante, por lo que funcionaría en el espacio (si funcionara). Está en el tema aquí.
@SteveLinton No, el chorro de combustible continuo debe permanecer subcrítico en la línea de combustible y volverse supercrítico cuando se supone que debe quemarse (o el motor simplemente terminará destruyéndose), por lo que apretar es la forma correcta, como en una bomba nuclear que aprietas usando dinamita para hacerlo explotar y es seguro cuando se almacena.
@JCRM Creo que la aviación SE no tiene plasma como parte de su discusión. Este no es un cohete térmico nuclear como NERVA.
No exactamente lo mismo, pero relacionado: projectrho.com/public_html/rocket/…

Respuestas (1)

No, no funcionará.

  • Inyección y quemado de combustible. Aquí está la parte que distingue a los turborreactores nucleares de los convencionales. Para que ocurra la fisión, el combustible también debe exprimirse. No sé si puede hacer esto simplemente inyectando plutonio o uranio ionizado y exprimiéndolo o si necesita un tamper ionizado alrededor para contenerlo para una combustión más completa, y si el tiempo de combustión para la fisión se puede hacer menos de el tiempo de permanencia en la sección de combustión...

Apretar un poco de material fisionable a través del motor a la vez no producirá mucha fisión. Los neutrones salen rápido y necesitan ser moderados por una gran cantidad de material intermedio para reducir su velocidad antes de que sean capturados por el siguiente núcleo.

Para hacer la reacción en cadena, necesita una pila nuclear con mucho combustible y mucha masa moderadora, todo en un solo lugar. Esta es la razón por la cual los reactores son grandes y pesados ​​y realmente no caben muy bien en aviones o naves espaciales.

El daño de los neutrones haría que las aspas de su ventilador se quebraran rápidamente si hubiera mucha fisión, que no la habrá.

Las fuentes compactas de energía nuclear como los RTG utilizan la descomposición nuclear espontánea en lugar de reacciones en cadena. Pero eso significa que no puede inducir el "encendido" dentro del motor.

Se propuso una idea realmente interesante basada en un isómero nuclear y se discute extensamente en esta excelente respuesta a la pregunta ¿Cómo propuso Northrop Grumman hacer que el Global Hawk fuera propulsado por energía nuclear? .

Del artículo de New Scientist Aviones no tripulados de propulsión nuclear en el tablero de dibujo

Reacción estrictamente controlada

La reacción funciona porque una proporción de los núcleos de hafnio son "isómeros" en los que algunos neutrones y protones se encuentran en niveles de energía más altos de lo normal. El bombardeo de rayos X les hace liberar esta energía y bajar a un nivel de energía más estable.

Aquí, la idea era utilizar un generador de rayos X (que puede ser compacto) para estimular los estados isoméricos para que decaigan y liberen energía rápidamente. Es un poco como el concepto de láser de rayos X, excepto que el estado excitado dura días o años en lugar de microsegundos, y no hay ganancia óptica. No es un LASER, es solo un SER (emisión estimulada de radiación) sin LA.

Ha habido algunos reactores pequeños dentro de las naves espaciales, por ejemplo, los reactores TOPAZ . Por supuesto que no como "turbojets".
@Uwe pero eso no se usó para la propulsión. 300 kg para 5kW harían una relación de empuje a peso ridículamente pequeña.
@uhoh ¿Qué pasa si usamos HEU apto para armas y le agregamos un tamper de vapor denso o plasma a su alrededor?
Espera, ¿la simulación de rayos X de Hafnium realmente funciona? ¿Se ha demostrado experimentalmente? Pensé que había sido desacreditado.
@Eth no, no espere, siga adelante y vuelva a leer lo que he escrito para ver que no hay ninguna sugerencia de eso.
@MeatballPrincess, la masa crítica del U-235 es de alrededor de 52 kg ( en.wikipedia.org/wiki/Critical_mass ). Un tamper (reflector de neutrones) podría ayudar un poco con eso. pero básicamente necesitaría algunas decenas de kilogramos en forma compacta en la cámara de combustión a la vez. En otras palabras, una bomba.
@SteveLinton Esa es la idea general de lo que se necesita para llegar a las estrellas.
@uhoh Después de volver a leerlo, no veo indicios de que sea hipotético o desacreditado. El tiempo presente implica que es una cosa, una que al menos se sospecha fuertemente que funciona. Así que sí, hay una sugerencia de eso. Sin embargo, la respuesta vinculada dice que ha sido desacreditada.
@Eth tampoco ves nada en contrario. De hecho, en su comentario no veo ni una pizca de sugerencia de que no robó un banco el martes pasado. ;-) De todos modos, mi respuesta solo menciona la "idea" y no menciona ninguna realización. Las ideas son atemporales.
@MeatballPrincess No estoy seguro de lo que está diciendo: digo que dicho motor (HEU o plutonio alimentado) no se volvería supercrítico en absoluto (más precisamente, no exhibiría una criticidad rápida) o explotaría con gran violencia. No creo que haya un término medio.
@SteveLinton se puede decir lo mismo del queroseno. El queroseno no se encenderá rápidamente incluso con chispas a temperatura ambiente, y de hecho se puede hacer napalm con queroseno, pero también se pueden construir sopletes con queroseno y los motores a reacción funcionan con ellos, y las cámaras de combustión están diseñadas usando nada más que alta -aire a presión para contener la llama. La llama no toca nada dentro del motor a reacción, ni puede crear ningún tipo de explosión en su interior, ya que estos dos destruirían el motor a reacción instantáneamente, tal como dijiste.
@SteveLinton O debería decirlo de esta manera, cualquier intento con combustible fisible hasta ahora es como un trozo de brasa de carbón que está al rojo vivo (reactor) o una habitación de partículas de polvo de carbón con una bujía (bomba), y tú están diciendo que ninguno de los dos puede lograrse dentro de un motor liviano. Pero, ¿qué pasa con una estufa que usa el mismo carbón?
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