¿Son los reactores nucleares de potencia (incluidos los diseños avanzados) realmente mucho menos "agresivos" en diseño que los núcleos NTR?

Tengo entendido que los reactores de cohetes térmicos nucleares de núcleo sólido son diseños extremadamente agresivos que operan en los límites de los materiales y tienen una potencia térmica específica increíblemente alta.

¿Los reactores nucleares espaciales destinados a generar grandes cantidades de energía eléctrica comparten las mismas propiedades?

¿Te das cuenta de que estás comparando tecnologías completamente diferentes? Además, ¿a qué te refieres con agresivo?
En los núcleos NTP, la temperatura está cerca de 2000C para alcanzar Isp 900+s. El compuesto más agresivo es el hidrógeno, que se sabe que fragiliza la mayoría de los metales. En los cohetes NTP, los moderadores de neutrones y los absorbentes son cerámicas que son frágiles y propensas a agrietarse cuando las vibraciones son altas. El tipo habitual de dispositivos nucleares destinados a la generación de energía eléctrica en el espacio son los RTG. Tienen una porción de material radiactivo, generalmente dióxido de Pu238 o Sr90, colocado en un contenedor. La pared exterior del contenedor está rodeada por termopares a los que se unen los disipadores de calor. Es una tecnología bastante segura.
Esta pregunta es sobre reactores de fisión, no RTG. Sí, reconozco que estoy comparando diferentes tecnologías, ese es el punto.
Para calentar un propulsor, el calor debe pasar de la estructura al gas, por lo que la estructura estará más caliente que el gas, en contraste con los cohetes químicos que enfrían activamente la estructura. Entonces, para obtener una temperatura de escape útil, la estructura debe estar realmente caliente. De lo contrario, no hay ventaja sobre los cohetes químicos. Un reactor de potencia no desecha su fluido de trabajo, sino que lo recicla, por lo que no hay problema en hacerlo funcionar a temperaturas más bajas.
@ikrase: hasta ahora, el reactor nuclear utilizado en el espacio emplea la conversión termoiónica de calor a electricidad. En principio son RTG similares, con la diferencia de que los termopares no están conectados directamente a la fuente de calor. El calor se recoge con metales líquidos (sodio, NaK, Li-6) y se hace circular a los termopares. La excepción es el NR Kilopower experimental que utiliza un motor Stirling de pistón libre para la conversión de calor a electricidad.
¿Podría explicar el significado de menos "agresivo" en el diseño?

Respuestas (2)

Un NTR (cohete térmico nuclear) funciona a niveles de potencia de aproximadamente 1,2 a muchos cientos de gigavatios.

Con una masa del núcleo del reactor inferior a 1/1000 de la de un reactor de energía nuclear con base en tierra contenido "normal" de potencia similar.

Un NTR opera a una temperatura central de aproximadamente 3000K
Un reactor de potencia opera a una temperatura central de aproximadamente 300c (570K-isk)

Sí, NTR es "agresivo" visto desde este punto de vista.

En comparación con los sistemas de energía de fisión nuclear espacial: simplemente NO se amplían muy bien sin las capacidades de protección y enfriamiento de los sistemas terrestres. A menos que incorpore el blindaje y la contención, y reemplace su sistema externo de enfriamiento de agua asistido por gravedad con un sistema de enfriamiento radiativo de circuito cerrado autónomo. En cuyo caso, el reactor espacial será MÁS masivo que la central eléctrica terrestre.

En la tecnología actual, el pináculo absoluto de los reactores nucleares de energía eléctrica adecuados para su uso en el espacio son las unidades KiloPower . Que, como sugiere el nombre, proporcionan energía en el rango de kilovatios de un solo dígito. Y aún no está listo, TRL 5-6 más o menos. (escala real, pruebas de laboratorio, de prototipos, en condiciones que no sean de campo)

Con 1500 kg cada uno para la unidad de 1 Kw, la masa por potencia es algo... decepcionante. Un grupo que iguale la potencia del NERVA más pequeño pesaría 1700 toneladas métricas.

No me interesa comparar con reactores de potencia no móviles.
1,21 gigavatios? ¡Grandes escoceses, Marty!
@DrSheldon 1137 MW en el caso del prototipo NERVA. tal vez por eso lo abandonaron, no llegó al punto wan twenny wan jiggerwhats?
@ikrase agregó información sobre los sistemas KiloPower, lo mejor que tenemos para reactores con clasificación espacial.

Argumentaré que estos tipos de reactores no son directamente comparables.

Mientras que un alto "alfa" (potencia/masa) es deseable tanto para los NTR como para los reactores de energía eléctrica, el factor limitante que causa el mayor dolor de cabeza para los materiales NTR es la temperatura del reactor, con Isp proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura (no del todo proporcional , debido a la disociación de hidrógeno).

El Isp, a su vez, termina teniendo un impacto exponencial en la masa del vehículo debido a la tiranía de la ecuación del cohete.

En un reactor que genera electricidad, por otro lado, la temperatura no tiene impacto en Isp cuando se usa para propulsión eléctrica.

Sin embargo, la temperatura tiene un impacto en la eficiencia termodinámica, ya que un motor térmico con un gradiente de temperatura más alto es más eficiente (con rendimientos decrecientes). Además, esto se complica porque los motores térmicos en el espacio funcionan "calientes" en el extremo frío para reducir la masa del radiador.

Entonces, si bien la masa del sistema es un objetivo compartido, se calcula de manera diferente. Para un NTR, la masa es principalmente motor + propulsor, mientras que para un sistema eléctrico es reactor + motor térmico + radiadores.
Y aunque la temperatura máxima es un objetivo compartido, se rige por diferentes leyes físicas, la velocidad del gas y la eficiencia del motor térmico.
Además, un NTR proporciona un gran impulso durante minutos, mientras que los sistemas eléctricos proporcionan un pequeño impulso durante meses. Ni siquiera los perfiles de misión son comparables.

Son manzanas con naranjas, por lo que "agresivo" no tiene mucho significado.