A gázfázisú nukleáris sugárhajtómű (GNJD) a sugárhajtómű fogalmi típusa, amelyben a meddőteljesítményt hűtőközeg ( munkafolyadék ) kilökésével hoznak létre egy atomreaktorból, amelyben a tüzelőanyag gáz halmazállapotú vagy vérplazma. Úgy gondolják, hogy az ilyen motorok 3000-5000 másodperces nagyságrendű fajlagos tolóerőt képesek elérni (akár 30-50 kN s/kg, effektív sugársebesség - akár 30-50 km/s), és elegendő tolóerőt viszonylag gyors bolygóközi repülések.
Az üzemanyag és a hűtőközeg közötti hőátadás főként sugárzással történik, többnyire a spektrum ultraibolya tartományában (körülbelül 25 000 °C-os üzemanyag-hőmérséklet mellett).
A GURD létrehozásának problémáit a Szovjetunióban és az USA -ban fejlesztették ki az 1950-es és 1980-as években. A Szovjetunióban ezeket a munkákat a Szovjetunió Tudományos Akadémia levelező tagja, V. M. Ievlev [1] [2] [3] [4] [5] irányításával végezték . Az elméleti munka Oroszországban a 2010-es években folytatódott [6] .
A gázfázisú nukleáris sugárhajtóművet folyadékmagos reaktornak tekinthetjük, amelyben a folyadék gyors keringése a reaktor közepén egy toroid alakú, plazma állapotú uráncsomagot hoz létre, amelyet hidrogén vesz körül. Így a tüzelőanyag nem éri a reaktor falát, és a hőmérséklet 3000 és 5000 másodperc közötti fajlagos impulzusokkal akár több tízezer fokot is elérhet. Ebben az alaprendszerben ("nyitott ciklus") nehéz lenne a nukleáris üzemanyag veszteségét ellenőrizni .
Megpróbálhatjuk megkerülni ezt a problémát a hasadó üzemanyag mágneses tartásával, hasonlóan a tokamak üzemanyag-fúziójához . Sajnos ez az elrendezés nem valószínű, hogy ténylegesen visszatartja a hajtóanyagot, mivel az ionizáció és a részecske impulzus aránya nem kedvező. Míg a tokamak általában úgy dolgozott, hogy egyszeresen ionizált deutériumot vagy tríciumot tartalmazzon két vagy három dalton tömeggel, addig az urángőz háromszorosan ionizált 235 dalton tömeggel. Mivel a mágneses tér által kifejtett erő arányos a részecske töltésével, a gyorsulás pedig arányos a részecske tömegével elosztott erővel, az urángáz megtartásához szükséges mágnesek gyakorlatilag nagyok lennének; ezeknek a terveknek a többsége olyan üzemanyagciklusokra összpontosított, amelyek nem függenek a tüzelőanyag reaktorban való tárolásától.
Egy lehetséges „zárt hurkú” változat szerint a gáznemű nukleáris üzemanyagot nagyon magas hőmérsékleten tartják egy kvarctartályban, amely körül hidrogén áramlik . A zárt ciklus inkább egy szilárdtestreaktorhoz fog hasonlítani, de a hőmérsékleti határt ezúttal nem a fűtőelem-rudak, hanem a kvarc kritikus hőmérséklete határozza meg. Bár kevésbé hatékony, mint a nyílt hurok, a zárt hurok mégis képes lehet 1500 és 2000 másodperc közötti impulzusok generálására.
Magas hőmérsékleten a hőt túlnyomórészt hősugárzás (és nem vezetés ) továbbítja. A hűtőközegként használt hidrogéngáz azonban szinte teljesen átlátszó ennek a sugárzásnak. Ezért a rakétareaktorok legtöbb koncepciójában szükségesnek tartják a hidrogén valamilyen „beoltását” átlátszatlan szilárd vagy folyékony részecskékkel. A szénrészecskék ( korom – amely átlátszatlan és 3915 K-ig szilárd marad) természetes választás; a szén azonban hidrogénben gazdag környezetben magas hőmérsékleten és nyomáson kémiailag instabil. Így előnyösen olyan anyagok porrészecskéi vagy folyadékcseppjei, amelyek infúziós képességéről ismertek, például volfrám (olvadáspont: 3695 K, forráspont: 6203 K) vagy hafnium-tantál-karbid (olvadáspont: 4263 K). Ezek a részecskék a kipufogógáz tömegének legfeljebb 4% -át teszik ki, ami jelentősen növeli a hajtóanyag költségét, és kissé csökkenti a rakéta fajlagos impulzusát.
Egy bizonyos 5000-7000 s impulzus eléréséhez szükséges hőmérsékleten azonban nem marad szilárd vagy folyékony anyag (a szükséges reaktorhőmérséklet legalább 50 000-100 000 K lesz), és a hajtóanyag átlátszóvá válik; ennek eredményeként a hő nagy részét a kamra falai veszik fel. Ez kizárná a nukleáris termikus rakéta használatát az adott maximális impulzusnál, hacsak nem találnak más módot a hajtóanyag beoltására vagy hőátvitelére . [7]
A szabályozás történhet a hasadó üzemanyag és a hajtóanyag relatív vagy teljes sűrűségének változtatásával, vagy külső neutronokat mozgató vezérléssel.
Motorok | |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor |