La pregunta:
A temperaturas superiores a ~ 5000 K, no son estables los materiales sólidos o líquidos o incluso las moléculas más complejas (como los fullerenos y los hidrocarburos aromáticos policíclicos) que emiten/absorben la radiación de cuerpo negro de amplio espectro de manera eficaz .
Las moléculas y los átomos simples que sobreviven a tales temperaturas tienen líneas de absorción/emisión muy estrechas y una sección eficaz de absorción/emisión pequeña. => Son transparentes a la radiación térmica.
¿Hay algo que emita/absorba radiación térmica de banda ancha a temperaturas >10.000 K?
¿Qué pasa con el plasma? Supongo que el plasma debe estar altamente ionizado (~caliente) y al mismo tiempo denso para tener una alta opacidad y absorción para la luz térmica (¿estoy en lo correcto?). Esto es un poco contradictorio. La densidad es inversamente proporcional a la temperatura si estamos limitados por la presión, digamos 100MPa, mientras que la ionización aumenta con la temperatura. ¿Es posible aumentar la opacidad/absorción de gas/plasma a ~10 000-100 000 K sembrando con metal alcalino que libera electrones muy fácilmente?
fondo:
El reactor nuclear con núcleo de gas y el cohete nuclear con núcleo de gas derivado es un reactor nuclear de fisión teóricamente capaz de alcanzar temperaturas superiores a 5000 K (algunas propuestas hablan de 40 000-100 000 Kelvin), lo cual es importante para la alta eficiencia energética de la producción de electricidad (usando generadores MHD ) y alta impulso específico del cohete nuclear.
Existe un concepto de propulsión espacial llamado cohete de bombilla nuclear que debe lograr un alto impulso específico que agota el propulsor de hidrógeno atómico/molécula a una velocidad de hasta 20-40 km/s, lo que significa una temperatura de ~25,000-90,000 Kelvin.
Para el funcionamiento eficaz de dicho motor, es necesario que todo el calor del núcleo nuclear gaseoso se transfiera al propulsor mediante radiación térmica. Sin embargo, el propulsor de hidrógeno en sí mismo es casi transparente para la radiación térmica. Esto haría que el calor se transfiriera a las paredes de la tobera del cohete, lo que derretiría las paredes y destruiría el reactor. Para hacer que el propulsor fuera opaco, se propuso que se dispersaran en el gas propulsor pequeñas partículas de polvo de tungsteno o partículas de carburo de hafnio-tantalio. Sin embargo, estas partículas se evaporarían por encima de ~ 5000 K, lo que haría que el gas propulsor volviera a ser transparente.
Puede ser útil comprender primero por qué los gases tienen líneas de absorción tan estrechas.
Los átomos en un gas están bastante separados, lo suficientemente lejos como para que podamos ignorar sus interacciones con el fin de analizar sus orbitales. Eso significa que la energía de cada orbital se define solo por sus números orbitales. Los electrones 1s en el gas helio tienen todos la misma energía de ionización (Obviamente, esto no se aplica al helio de doble ionización)
Dado que los electrones son fermiones, el principio de exclusión de Fermi se activa cuando dos átomos están lo suficientemente cerca como para que los orbitales electrónicos interactúen. Con dos átomos de hidrógeno, esto se puede resolver teniendo espín opuesto, lo que explica H2. Pero en un sólido, hay muchos más átomos juntos y solo hay dos direcciones de giro. El resultado es que obtienes cambios de energía, que amplían las bandas de energía.
Los metales en particular tienen bandas de energía anchas que solo están parcialmente llenas de electrones. Esto significa que hay muchas transiciones de energía disponibles para estos electrones, lo que significa que se pueden absorber fotones de muchas energías diferentes.
Los plasmas son más o menos lo contrario de los sólidos. Un plasma es básicamente un gas ionizado. Como los electrones libres ya no están ligados a átomos específicos, también son capaces de absorber una amplia variedad de fotones. Pero su plasma típico de hecho no es muy denso. ¿Cómo ejercerías una fuerza para mantenerlo unido? Las estrellas usan la gravedad, pero eso no te va a funcionar. Las fuerzas electromagnéticas no funcionan bien debido a la combinación de cargas: núcleos positivos y electrones negativos. Las fuerzas nucleares débil y fuerte son de muy corto alcance.
La idea de inyectar partículas de tungsteno en el plasma elude la idea de absorber energía a 10000 K. Esas partículas son mucho más frías cuando se inyectan. Eso significa que ya no estás hablando de una situación de estado estacionario, lo que complica mucho el análisis. Estas partículas se evaporarán rápidamente y luego se ionizarán, es decir, aumentarán la temperatura, pero nunca se alcanzará un equilibrio ya que se trata de un escape de cohete. Sigues inyectando nuevas partículas a medida que los iones son llevados.
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prokop hapala
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