¿Sería posible un propulsor de fisión nuclear con inyección continua de combustible?

Suponga que el uranio está ampliamente disponible, al igual que los materiales de construcción. ¿Puedes construir este dispositivo?

El tanque de combustible almacena uranio a alta temperatura para que permanezca líquido. Los inyectores de combustible rocían una corriente continua de uranio fundido en la cámara de fisión nuclear. La cámara de fisión sostiene una reacción de fisión continua. La presión sale de un propulsor como un motor de cohete normal.

Esto podría usarse para impulsar cohetes o naves espaciales o lo que sea.

Algunos problemas en los que ya estoy pensando:

  1. O bien los inyectores de combustible no logran inyectar combustible lo suficientemente rápido como para que la reacción se apague, o la reacción asciende por la corriente de uranio y detona el tanque de combustible como una bomba atómica normal.
  2. La cámara de combustión explotaría o estaría construida para soportar la reacción y, por lo tanto, sería demasiado pesada.
  3. El blindaje para proteger el suministro de combustible de los ladrones subatómicos sería demasiado pesado.

También estaba pensando que, en lugar de mantener una reacción continua, podría proporcionar continuamente las condiciones para comenzar una nueva reacción. (una llama piloto de fisión nuclear, por así decirlo).

¿Podría funcionar alguna vez un motor de cohete de fisión nuclear?

¿Crees que podría funcionar mejor que el combustible para cohetes?

¿Cómo evitaría que el tanque lleno de uranio entre en estado crítico? ¿Y por qué rociar una cámara de fisión haría que comenzara a reaccionar? La fisión no es una reacción química, ya sabes.
@ WhatRoughBeast: "¿Cómo evitaría que el tanque lleno de uranio se vuelva crítico?" - esa es esencialmente una de las cosas que está preguntando esta pregunta. Como, ¿cuánto pesaría el blindaje? y la linea de inyeccion necesitaria algun tipo de valvula?
La cámara de fisión tendría que encender la reacción de fisión de la misma manera que lo hace una bomba atómica. Como con una pistola de neutrones, creo.

Respuestas (3)

Existe un concepto similar a este llamado Cohete nuclear de agua salada (NSWR) que fue propuesto por un escritor de ciencia ficción que también es físico.

El combustible es una solución al 2% de tetrabromuro de uranio enriquecido al 20% en agua. También se puede utilizar una sal de plutonio.

Para aclarar las cosas, hay dos porcentajes aquí. El combustible es una solución al 2% de tetrabromuro de uranio y agua. Es decir, 2 moléculas de tetrabromuro de uranio por cada 100 moléculas de agua.

Pero el tetrabromuro de uranio puede estar enriquecido al 20%. Esto significa que de cada 100 átomos de uranio (o moléculas de tetrabromuro de uranio), 20 son Uranio-235 fisionable y 80 son uranio no fisionable. Si está enriquecido al 90%, entonces 90 átomos son Uranio-235 y 10 átomos no son fisionables. Como nota al margen, el 90% enriquecido se considera "grado de armas".

Los tanques de combustible son un haz de tuberías recubiertas con una capa de amortiguador de neutrones de carburo de boro. El amortiguador evita una reacción en cadena. El combustible se inyecta en un tubo de distribución cilíndrico largo de gran diámetro, que termina en una tobera de cohete. Libre del amortiguador de neutrones, pronto se desarrolla una masa crítica de uranio. La liberación de energía vaporiza el agua, y la ráfaga de vapor saca el uranio que aún reacciona por la boquilla.

Es básicamente un propulsor de tipo Orion que detona continuamente con agua como propulsor. Aunque Zubrin lo expresa así:

As the solution continues to pour into the plenum from the borated
storage pipes, a steady-state conditions of a moving detonating fluid
can be set up within the plenum.

Además, para que quede claro, este es un concepto que podría funcionar en teoría, pero resolver los detalles de ingeniería será increíblemente difícil (y otros científicos no creen que sea práctico).

NSWR:
NSWR

20% UTB

Velocidad de escape 66.000 m/s
Impulso específico 6.728 s     
Empuje 12.900.000 N
Potencia de empuje 425,7 GW              
Caudal másico 195 kg/s
Masa total del motor 33.000 kg

90% UTB

Velocidad de escape 4.700.000 m/s  
Impulso Específico 479,103 s  
Empuje 13.000.000 N  
Potencia de empuje 30,6 TW  
Caudal másico 3 kg/s

Mucha más información disponible en el enlace proporcionado arriba.

Eso es genial Jim!!!!! ¿Conoces (en teoría) las métricas de este motor? ¿Como el empuje que crea por KG de combustible?

Eso funcionará, pero es ineficiente: gran parte de la energía generada se irradia como radiación gamma u otros fotones de alta energía, mientras que la necesidad de evitar que la cámara de reacción se sobrecaliente limita la rapidez con la que puede usar el combustible.

Un concepto muy relacionado que te puede interesar es el cohete nuclear de agua salada : en lugar de inyectar uranio líquido, utiliza sales de uranio disueltas en agua.

Existen varios sistemas nucleares, pero quizás el más cercano a lo que está describiendo es el motor de fragmentos de fisión polvoriento.

La dieta de uranio o plutonio se inyecta en la cámara de reacción y se mantiene mediante una combinación de campos eléctricos y magnéticos. Cuando hay suficiente polvo presente, se alcanza la criticidad y el polvo se convierte en una masa de plasma, con fragmentos de fisión volando a velocidades de hasta el 3% de c . Uso de campos magnéticos y eléctricos para guiar los productos de reacción fuera de la cámara y a través de un cohete. La boquilla proporciona empuje, aunque las colisiones internas y la interacción con los campos reducen la velocidad de escape a un "simple" 1% de c .

Este es un motor de bajo empuje y alto ISP, pero los cálculos sugieren que el uso de este dispositivo podría impulsar una nave espacial a Júpiter en 6 años (acelerando y desacelerando para capturarlo en la órbita joviana. La energía también podría capturarse para ejecutar sistemas de naves, ya sea a través de capturando parte del calor residual del motor para hacer funcionar las turbinas, o ralentizando aún más la corriente de escape al permitir que pase a través de un generador MHD (que es mucho más liviano que las turbinas y también es muy eficiente para convertir la energía en energía eléctrica).

Mientras se inyecte "polvo" fisionable en el núcleo, el reactor continuará proporcionando empuje y energía a la nave.

¿Sería posible un propulsor de fisión nuclear con inyección continua de combustible?
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