Покорим Бесконечность Вместе!!!
Земля - колыбель человечества, но нельзя же вечно жить в колыбели! (К. Э. Циолковский)
Проект Освоения Космоса


Антинейтринный двигатель

Кандидат технических наук Пономаренко Андрей Викторович


Содержание

Введение

Нейтринный двигатель на базе ядерного реактора с охлаждением жидким водородом и Li7, B11 конверторами нейтронов в антинейтрино

Нейтринный двигатель на базе термоядерного реактора с Li7 или В11 конверторами нейтронов в антинейтрино

Нейтринный двигатель на базе термоядерного реактора и B11 конвертора нейтронов в антинейтрино

Пример уточненного расчета динамики изменения тяги антинейтринного двигателя на основе термоядерного реактора ЛТС с B11 и Li7 конверторами

Сравнительная оценка удельной тяги для электроракетного двигателя с ядерной энергетической установкой на основе ускорения ионов In115 до E=100 КэВ (скорость истечения 40 км/с)

Заключение и список литературы


Рассмотрим два варианта двигателя - с В11 конвертором на реакции (n,a) и с В11 конвертором на реакции захвата нейтронов с Е=1·10-5 эВ.


Установка на реакции (n,a)

Рассмотрим установку ЛТС с подачей 1 капсулы D-T смеси в сек. с энерговыделением 10 T. Расчетная упрощенная схема установки. Диаметр зоны ЛТС 1 м. Зона ЛТС окружена сферическим слоем В11 конвертора (без замедлителя) диаметром 3 м эффективной толщиной 30 см. Поток нейтронов Ф=2,76·1023 МэВ/17.6 Мэв/нейтр.=1,57·1022 нейтр./с. Концентрация В11 при плотности 2.44 г/см2 и мол.массой 11 n=1.33·1023 см-3. Длина свободного пробега L0=1/n·Stot = 90 см, где Stot=100 mb - полное сечение взаимодействия B11 с нейтронами 12,5 МэВ (средняя энергия спектра).

Тогда объем В11, с которым будут взаимодействовать нейтроны, составит V=4/3·π·((R+l)3-R3)=4,189·(5,83-3,38)·106=1,03·107 см3; масса бора M=2,51·104 кг; количество ядер B11 N0B=1,37·1030 ядер, площадь взаимодействия А=4πR2=2,83·105 см2.

Для оценки будем считать, что нейтроны участвуют в реакции (6) с сечением Sna=20mb=2·10-27 см2 на длине L=30 см.

Тогда количество ядер Li8, генерируемых в B11, описывается системой дифференциальных уравнений:

с начальными условиями

Решение системы уравнений имеет вид

При этом количество ядер Li8 возрастает при запуске двигателя до 1,17·1020 с постоянной 1,2 с, затем остается постоянным в течение 100 лет, пока не начнется заметного выгорания B11.

Значительное отличие от упрощенной оценки связано с наличием других каналов реакции в B11, кроме (n,a) (вероятность 0,2) и толщиной В11, в 3 раза меньшей длины пробега нейтронов.


Установка на основе реакции захвата на В11

Рассмотрим установку ЛТС с подачей 1 капсулы D-T смеси в 1 сек. с энерговыделением 10 T. Расчетная упрощенная схема установки. Диаметр зоны ЛТС 1 м. Зона ЛТС окружена 4,5 м замедлителя нейтронов до энергии 10-5 эВ и сферическим слоем В11 конвертора радиусом 5 м эффективной толщиной L=50 см. При такой энергии нейтроны испытывают только упругое рассеяние и захват. Поток нейтронов Ф=2,76·1023 МэВ/17,6 Мэв/нейтр.=1,57·1022 нейтр./с. При наличии бридера Ф = 1.57·1023 нейтр./с. Концентрация В11 при плотности 2,44 г/см2 и мол.массой 11 n=1,33·1023 см-3. Sзах=280 mb - сечение захвата нейтронов B11 при е=10-5 эВ.

Тогда объем В11, с которым будут взаимодействовать нейтроны, составит V=4π/3·((R+L)3-R3)=4,189(166,3 -125)·106=1,73E8 см3; масса бора M=4,22E5 кг; количество ядер B11 N0B=2.3·1031 ядер, средняя площадь взаимодействия А=4π(R+L/2)2=3,46·106 см2.

Для оценки будем считать, что нейтроны участвуют в реакции (6) с сечением Sna=280mb=2,8·10-25 см2 на длине L=50 см.

=>1,26·1021 ядер В12 в сек. в равновесных условиях => 1,55 (кг м/с)/с.


Установка на основе реакции захвата на Li7

Рассмотрим установку ЛТС с подачей 1 капсулы D-T смеси в 1 сек. с энерговыделением 10 T. Расчетная упрощенная схема установки. Диаметр зоны ЛТС 1 м. Зона ЛТС окружена 4,5 м замедлителя нейтронов до энергии 10-5 эВ и сферическим слоем Li7 конвертора радиусом 5 м эффективной толщиной L=10 см. При такой энергии нейтроны испытывают только упругое рассеяние и захват. Поток нейтронов Ф=2,76·1023 МэВ/17,6 Мэв/нейтр.=1,57·1022 нейтр./с . При наличии бридера Ф = 1,33·1023 нейтр/с. Концентрация Li7 при плотности 0,51 г/см3 и мол.массой 7 n=4,37·1022 см-3 . Sзах=2,28 mb - сечение захвата нейтронов Li7 при е=10-5 эВ.

Тогда объем Li7, с которым будут взаимодействовать нейтроны, составит V=4π/3·((R+L)3-R3)=4,189(132,6-125)·106=3,21·107 см3; масса лития M=1,64·104 кг; количество ядер Li7 N0li=1,4·1030 ядер, средняя площадь взаимодействия А=4π(R+L/2)2=3,2·106 см2.

Для оценки будем считать, что нейтроны участвуют в реакции с сечением Sзах=2,28·10-24 см2 на длине L=10 см.

=>1,60·1023 ядер Li7 в сек в равновесных условиях и импульс =>5,1·10-21·1,60·1023·0,22 =>

Период времени, через который станет заметным выгорание Li7 t=A/Ф Sзах=1,55·107сек или ~1/2 года. За год разгона 100 т КА приобретет скорость ~50 км/с.


Нас считают