它说明了一个事实,即打算坐在地上的设计不是有用的参考。
美国宇航局这份报告的图表读出直接泵送的核反应堆激光器,总效率为10%,功率密度约为500 W/kg,当包括散热器、屏蔽和其他部件时,功率密度将降低至200 W/kg。
体积泵送
体积泵送有氦-3与气态裂变介质混合,吸收反应器中的中子。
子具有相当穿透力,可以穿过大量的气体,而氦3非常善于吸收中子。当氦-3吸收中子时,它会产生带电粒子,当它们相互接触时,这些粒子反过来会激发被冲击的原子。因此,中子可以完全激发整个气体体积的电能。与充满密集燃料的多个狭窄通道相比,这种激光泵送的主要优点是温度限制大大降低,处理气体所需的较轻的结构。
子具有相当穿透力,可以穿过大量的气体,而氦3非常善于吸收中子。当氦-3吸收中子时,它会产生带电粒子,当它们相互接触时,这些粒子反过来会激发被冲击的原子。因此,中子可以完全激发整个气体体积的电能。与充满密集燃料的多个狭窄通道相比,这种激光泵送的主要优点是温度限制大大降低,处理气体所需的较轻的结构。
然而,氦-3将中子转化为效率极低的带电粒子,体积泵送实验报告总效率为0.1至1%。这是因为正在创建的带电粒子只包含氦-3最初接收的一小部分能量。
半导体泵送
最后成功的泵送方法是直接泵送具有裂变碎片的半导体激光器。效率在20%左右,紧凑型激光器可以显著节省质量,但激光介质很快被强烈的辐射破坏。它由一层薄薄的高浓缩铀组成,这些铀位于硅或铀半导体上,钻石既充当调节层,又充当散热器。
关于这种类型的泵送,很少有细节可用。
本文对空间优化的半导体设计提出了一个建议,即总功率密度为5 kW/kg是可能的。它后来指出,即使18千瓦/千克是可以实现的。如何解决辐射退化问题以及是否包括废热管理设备,尚不得而知。如果没有工作温度和假设的组件质量的详细细分,我们就无法自己解决。
其他直接泵送设计
当核技术仍然很新,裂变燃料必须保持密集和固体质量才能达到临界点时,就设想了墙体或体积泵送设计。更现代的进步允许更有效的形式为燃料采取。
拉西介质可以直接与自我维持的反应堆核心相互作用。这包括将拉西介质与铀氟化气体、铀气溶胶、高温度的铀蒸汽或在低温下混合的铀微颗粒。
铀氟化气体和气溶胶或微颗粒的问题在于它们倾向于重新吸收兴奋的拉藻原子的能量(淬火)。这阻止了迄今为止所有实验中任何攻击行动都无法实现。如图所示,铀氟化气体吸收大多数波长非常良好,进一步降低了激光输出。
如果有一种未被氟化铀淬火的拉太介质,那么有超常性能的潜力
美国宇航局关于用于太空的铀氟化反应堆激光器的早期报告给出了一个73.3 W/kg的最佳数字,从据了解,100兆瓦的反应堆将其输出的5%转化为340纳米波长的激光。在报告中的散热器,这下降到 56.8 W/kg。
果我们将工作温度提高至1000K,将调节器减至最小20cm,用陶瓷代替压力容器,使用更现代的碳纤维散热器,我们可以预期该设计的功率密度将提高至136 W/kg。
铀蒸气是另一种选择。它们需要 4000K 和更高的温度,但如果处理这些温度的问题得到解决(也许通过使用主动冷却的石墨容器),那么 80%的核输出可用于激发拉面介质,使整体效率比壁泵送设计提高了四倍。
更多的投机行为将铀包裹在C60巴克明斯特富勒烯球体内。裂变碎片可以退出球体,同时防止拉丝材料的淬火。这将允许将核电极好地传输至拉西介质,而不受极端温度要求。
核电比较