Газовый ядерный реактор (или реактор на газовом топливе , или реактор с паровой активной зоной ) — это предлагаемый тип ядерного реактора , в котором ядерное топливо будет находиться в газообразном состоянии, а не в жидком или твердом состоянии. В реакторе этого типа единственными материалами, ограничивающими температуру, будут стенки реактора. Обычные реакторы имеют более строгие ограничения, поскольку активная зона расплавится, если температура топлива поднимется слишком высоко. Также может оказаться возможным удерживать газообразное топливо деления магнитным, электростатическим или электродинамическим способом, чтобы оно не касалось (и не плавило) стенок реактора. Потенциальное преимущество концепции активной зоны газового реактора заключается в том, что вместо традиционных циклов преобразования Ренкина или Брайтона можно будет извлекать электричество магнитогидродинамически или с помощью простого прямого электростатического преобразования заряженных частиц.
Реактор с паровым сердечником (VCR), также называемый реактором с газовым сердечником (GCR), изучается уже некоторое время. Он будет иметь газовое или паровое ядро, состоящее из тетрафторида урана (UF 4 ) с добавлением некоторого количества гелия ( 4 He) для увеличения электропроводности. В паровом ядре также могут быть крошечные капли UF 4 . Он имеет как наземное, так и космическое применение. Поскольку космическая концепция не обязательно должна быть экономичной в традиционном смысле, она позволяет обогащению превысить то, что было бы приемлемо для земной системы. Это также позволяет использовать более высокое соотношение UF 4 к гелию, которое в земной версии будет поддерживаться на достаточно высоком уровне, чтобы обеспечить критичность и повысить эффективность прямого преобразования. Наземная версия рассчитана на температуру парового ядра на входе около 1500 К и температуру на выходе 2500 К и соотношение UF 4 к гелию примерно от 20% до 60%. Считается, что температура на выходе может быть повышена до диапазона от 8000 до 15000 К, где выхлопными газами будет представлять собой неравновесный электронный газ, генерируемый в результате деления, что будет иметь гораздо большее значение для конструкции ракеты. Наземную версию схемы видеомагнитофона можно найти в ссылке 2 и в сводке неклассических ядерных систем во второй внешней ссылке. Концепция космического базирования будет отключена в конце канала MHD.
4. Он может быть использован для повышения способности конструкции извлекать энергию и управляться. Несколько предложений от Anghaie et al. проливает свет на рассуждения:
Вариант газообразного реактора деления космического корабля называется ракетой-реактором с газовым сердечником . Существует два подхода: открытый и закрытый цикл. В открытом цикле топливо, скорее всего, водород, подается в реактор, нагревается за счет ядерной реакции в реакторе и выходит с другого конца. К сожалению, топливо будет загрязнено топливом и продуктами деления, и хотя проблему можно смягчить за счет гидродинамики внутри реактора, это делает конструкцию ракеты совершенно непригодной для использования в атмосфере.
Можно попытаться обойти эту проблему, удерживая топливо деления магнитным способом, аналогично термоядерному топливу в токамаке . К сожалению, маловероятно, что такое устройство действительно сможет сдержать топливо, поскольку соотношение ионизации и импульса частиц не является благоприятным. В то время как токамак обычно будет содержать однократно ионизированный дейтерий или тритий с массой два или три дальтона , пары урана будут ионизированы не более трех раз с массой 235 дальтон (единица измерения) . Поскольку сила, сообщаемая магнитным полем, пропорциональна заряду частицы, а ускорение пропорционально силе, деленной на массу частицы, магниты, необходимые для удержания газообразного урана, будут непрактично большими; большинство таких проектов сосредоточено на топливных циклах, которые не зависят от сохранения топлива в реакторе.
В замкнутом цикле реакция полностью защищена от топлива. Реакция содержится в кварцевом сосуде, и топливо просто вытекает из него, нагреваясь косвенным образом. Замкнутый цикл позволяет избежать загрязнения, поскольку топливо не может попасть в сам реактор, но решение приводит к значительному снижению Isp ракеты .
Для производства энергии можно использовать контейнер, расположенный внутри соленоида. Контейнер наполнен газообразным гексафторидом урана , в котором уран обогащается до уровня, близкого к критичному. После этого гексафторид урана сжимается внешними средствами, тем самым инициируя цепную ядерную реакцию и выделение большого количества тепла, что, в свою очередь, вызывает расширение гексафторида урана. Поскольку UF 6 содержится внутри сосуда, он не может выйти наружу и поэтому сжимается в другом месте. В результате в контейнере движется плазменная волна, а соленоид преобразует часть своей энергии в электричество с КПД около 20%. Кроме того, контейнер необходимо охлаждать, а из теплоносителя можно извлекать энергию, пропуская его через теплообменник и турбинную систему, как на обычной теплоэлектростанции.
Однако при таком расположении возникают огромные проблемы с коррозией, поскольку гексафторид урана химически очень активен.