核盐水!?关于祖布林的惊世智慧

祖布林核盐水,这个大家都不陌生,我也不过多介绍,开门见山,我就是来吐槽核盐水的(不知道什么是核盐水的请自行百度)
首先我们在这里铺垫一下,给各位介绍个新东西:核SRB,或者说,核固推



大家可以看到,这是一种固体火箭,与一半固体火箭不同的是,它中间这一根“药柱”是铀235,对,就做核弹的那种
然后药柱外包了一层中子吸收材料,再外面包了一层氢化锂,其工作过程大致就是,让作为药柱的铀235从底部开始超临界,然后触发链式反应,裂变爆炸一路从下向上燃烧,而铀235释放的能量则由更外部包裹着的氢化锂吸收,转变为向后喷出的工质,使整个火箭以巨大到骇人的加速度向前推进
在一些科幻太空战舰设定里也有使用这种引擎的导弹:

大家可以看到这个玩意的工作原理与核盐水是很接近的,至于为什么提到它我们之后再说
回到核盐水,让我们来看看核盐水是怎么来的:
我找来了祖布林的论文:【NUCLEAR SALT WATER ROCKETS: HIGH THRUST AT 10,000 SEC ISP】
论文挺短,就六页,不知道我有没有找对,各位如果有其它核盐水论文可以在回复里发一下
首先,1千克铀235完全裂变能释放82.2太焦耳能量
铀在四溴化铀里面占大概42.7%的质量
按分子数量,核盐水里面有2%的四溴化铀,即98个水分子对2个四溴化铀分子,那么四溴化铀占平均分子质量的38.6%,进而核盐水中铀的质量分数为16.5%左右
则,20%铀235浓度的核盐水里面含~3.3%的铀235(质量分数)
易得,1千克铀235能兑出30千克的20%浓度核盐水
如果核盐水中的铀235完全裂变,那么20%浓度核盐水将释放出每千克2.74TJ的能量
祖布林给的数据是20%浓度核盐水火箭为了不把核火焰烧到工质罐内部,需要至少每秒196千克的质量流量,换算出每秒喷出去6.5千克铀235,如果完全裂变那就是534300GW的输出
让我们对对AR上祖布林核盐水的数据:

祖布林假设20%浓度的核盐水中只有千分之一的U235进行了裂变,剩下的99.9%都被当作工质喷出去,扣三个零,534.3GW
然后,祖布林假设火箭喷嘴能将80%的热能转化为动能,于是我们算出了427.44GW的推进功率——AR所给出的推进功率刚好就是427GW,完全对上了
这时,我们再请出中学的动能公式:V = (2E/m)^0.5
(2*4.27*10E11/196)^0.5 约等于 66008.6米每秒——刚好就是祖布林给出的20%浓度核盐水66KMPS的排气速度
是的,到现在为止,我们通过中学生水平的数学,算出了祖布林核盐水的性能为何如此夸张离谱——当然,我们不能因此说祖布林博士只有中学生水平,祖布林博士在论文中所作的计算当然是有的
祖布林博士在论文中从“能不能点火”,以及“点火之后要以多快的速度喷出核盐水才不会让中子点燃核盐水燃料罐里的燃料“这两方面展开计算,并最终得出了”没问题,这玩意能点火,而且点火之后火不会烧回燃料罐里“的结论
于是事就这么成了——
等下,仅此而已吗?材料学问题呢?核盐水火箭要怎么才不会被自己屁股后面的核爆蒸发?喷嘴要怎样才能抗住巨大的推力而不被摧毁?核裂变的中子和高能辐射和裂变碎片是怎样处理的?
啊,这些东西写不进六页纸的,祖布林在这篇论文里仅仅是论证了”没问题,这玩意能点火,而且点火之后火不会烧回燃料罐里“而已,材料学以及别的什么东西从头到尾都没有考虑过(不知道我有没有找对论文,各位如果有其它核盐水论文可以在回复里发一下
现在我们回头来看看核盐水究竟是怎么个事:
1千克铀235能兑出30千克的20%浓度核盐水——这相当于平均每1920千克,两吨不到的水里兑进去一个小男孩核弹的裂变核心那么多的铀235
然后,千分之一的铀235发生裂变反应,其释放出的能量全部转移到核盐水中——这相当于让用平均每23吨不到的水去吸收一枚小男孩核弹爆炸的全部高能光子、中子辐射、裂变碎片,并100%转化为自身的分子动能,即宏观的等离子体热能
最后,核盐水火箭的喷管要将这些热能的80%都转化为动能,并且自身不被摧毁

然后现在我们再来说回核SRB,我为什么要说一下这个东西呢,因为我们可以在AR上发现,这东西药柱的铀235与外部包裹的氢化锂的比例是1公斤铀235对100公斤氢化锂——
20%浓度核盐水是每三十公斤水里兑进去一公斤铀235,90%浓度核盐水更是每6.7公斤水里兑进去一公斤铀235
当我看见核SRB时,我是拒绝的 ,我以为不再会有比它更夸张更离谱的设计,但当我分析了核盐水之后,我发现核SRB似乎也不是那么极端。。。。。。
当然,可能还是有人不服气,认为可以靠往火箭喷口里喷水来解决问题——只要喷的水够多,就能冷却喷管使之不致于被高温摧毁,顶多是比冲会大幅下降——哪怕背负核爆,需狠灌工质,我核盐水一样能靠推力无敌于世间
确实,祖布林的核盐水火箭设计中确实提到了需要给喷管里喷水膜来保护增压室壁喷管喉被高温摧毁
但是,请容许我说但是,难道喷水是一种降低性能来使得系统能够保持运行的DEBUFF吗?让我们来看看原文:

上面这段大意是,【在柱的周围喷洒一层纯水,以形成移动的中子反射器,并保护充气室壁和喉部免受引爆溶液中产生的极高温度的影响。忽略这一层实际上给我们的计算带来了保守的倾向,因为它提供的中子反射将降低在推进剂内达到临界所需的尺寸和/或浓缩度要求】——
是的,在祖布林看来,喷水完全不是什么DEBUFF,反而水膜能够反射中子而使得核反应效率更高,因而在不考虑喷水情况下计算出来的数据反而是【保守】的
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