Essai de contribution à l'autopropulsion nucléaire
- Paper ID
IAF-57-01
- author
- company
- country
France
- year
1957
- abstract
Essai de contribution à l’autopropulsion nucléaire. Il est d’abord rappelé que les réacteurs nucléaire utilisables pour l’autopropulsion devraient fonctionner à des températures très élevées, de l’ordre de celles qui régnent dans les foyers des autopropulseurs classiques, soit 2500 à 3000° K. Cette remarque amène l’auteur à utiliser la première résonnance de la courbe des sections efficaces du plutonium, résonnance qui se situe vers 3350° K avec une section efficace de plus de 3000 barns. Le plutonium devrait alors être utilisé à l’état fondu, ce qui présenterait d’ailleurs certains avantages ; la difficulté serait de franchir à la mise en route la zone de fonctionnement instable qui s’étend de 800° K à 3350° K. Chauffée à de telles températures, l’ammoniac pourrait atteindre une vitesse de sortie supérieure à 4200 m/s. Pour accroître cette vitesse de sortie, il est proposé ensuite de fonctionner à détente réchauffée. La cession de chaleur par convection ne pouvant être envisagée durant la détente, il est proposé de chauffer le gaz par le rayonnement des parois, le gaz ayant été préalablement opacifié par mise en suspension de particules de carbone. Cette solution permettrait d’atteindre quelques 5200 m/s (toujours avec l’ammoniac). Pour aller plus loin, l’auteur fait appel à “l’hyperchauffe” c’est-à-dire à la chauffe du fluide par freinage en son sein des fragments de fission échappés au matériau fissible. Deux schémas sont proposés, l’un avec du carbure d’uranium 235 à l’état solide, l’autre avec du plutonium à l’état gazeux. La vitesse de sortie serait alors voisine de 6000 m/s. En soustrayant à l’hyperchauffe une partie du fluide, par prélèvement à la sortie de la préchauffe convective, la vitesse de sortie pourrait encore être notablement augmentée. (Après refroidissement par rayonnement de la portion de fluide prélevée, cette dernière serait recyclée.) L’auteur attire particulièrement l’attention du lecteur sur le caractère purement spéculatif de cet exposé qui n’a donné lieu de sa part à aucune recherche expérimentale. Beitrag zum Problem des nuldearen Triebwerkes. Es sei zunachst daran erinnert, daB für Triebwerke verwendbare Kernreaktoren bei sehr hoher Temperatur arbeiten müBten, die in die GrôBenordnung derjenigen zu liegen kamen, die in den Brenn- kammern der klassischen Triebwerke herrschen, d. h. bei etwa 2500 bis 3000° K. Diese Bemerkung veranlaBt den Yerfasser, die erste Resonanzstelle in der Kurve der Wirkungsquerschnitte des Plutoniums zu benützen. Diese Resonanz liegt bei 3350° K bei einem Wirkungsquerschnitt von mehr als 3000 barn. Infolgedessen müBte das Plutonium in geschmolzenem Zustand angewendet werden, was übrigens gewisse Vorzüge mit sich brâchte; die Sohwierigkeit bestünde darin, bei der Inbetriebnahme die Zone der instabilen Funktion zu übersehreiten, die sich von 800° K bis 3350° K erstreckt. Bei einer Aufheizung auf solche Temperaturen kônnte Ammoniak eine Aus- strômungsgeschwindigkeit von mehr als 4200 m/sec erreichen. Um diese Geschwindig- keit noch zu erhôhen, wird vorgeschlagen, bei Entspannung unter Wiedererhitzung zu arbeiten. Da der Warmeverlust durch Konvektion wahrend der Entspannung nicht in Betracht gezogen werden kann, wird vorgeschlagen, das Gas durch die Strahlung der Wande zu erhitzen, nachdem es vorher durch Suspension von Kohlenstoffpartikeln undurchsichtig gemacht worden ist. Diese Méthode würde die Erreichung von etwa 5200 m/sec gestatten (vorausgesetzt ist immer Ammoniak). Darüber hinaus schlâgt der Yerfasser eine ,,Überhitzung“ vor, d. h. die Erhitzung des strômenden Mediums durch Bremsung der aus dem spaltbaren Material stammen- den Spaltungsfragmente im Strômungsinneren. Es werden zwei Schemata vorgeschlagen: das eine mit 235 U-Carbid in festem Zustand, das andere mit Pu in gasfôrmigem Zustand. Die Austrômungsgeschwindigkeit lâge dann bei ungefâhr 6000 m/sec. Die Ausstrômungsgeschwindigkeit kônnte aber noch betrâchtlich vergrôflert werden, wenn ein Teil des strômenden Mediums durch Anzapfung im überhitzten Bereich nach der konvektiven Vorerhitzung abgezweigt würde. (Nach Abkühlung des abgezweigten Strômungsanteils durch Abstrahlung kônnte dieser wieder in den Zyklus zurückgeführt werden.) Der Yerfasser betont besonders den rein spekulativen Charakter der Abhandlung, die er nicht experimentell prüfte. Contribution to the Problem of the Nuclear Eoeket Engine. It is recalled that nuclear reactors for propulsion of rockets must operate at very high temperatures, of the same order as those obtaining in the thrust chambers of conventional engines, namely, 2,500 to 3,000° K. This fact suggests to the author that the first capture cross section resonance of plutonium-239 should be utilised. This is situated at a neutron energy corresponding to a temperature of 3,350° K and has an effective cross section of 3,000 barns. At this temperature the plutonium might be used in the molten state, which, in other respects, presents certain advantages. Some difficulty would be encountered in crossing the unstable region of neutron temperature between 800 and 3,350° K. Heated to such a temperature, ammonia could attain an exhaust velocity of 4,200 m/s. It is suggested that a greater exhaust velocity might be obtained by heating the gas during expansion. This would be done by radiative rather that convective heat transfer, the gas being rendered opaque by means of a suspension of carbon particles. In this manner it would be possible to achieve, with ammonia, an exhaust velocity of 5,200 m/s. Further increase in performance might be achieved by a process which the author describes as “superheating”, that is to say, direct heating of the working fluid by recoiling fission fragments escaping from the fissile material. Two schemes are proposed, the one involving uranium-235 carbide in the solid state, the other involving gaseous plutonium. The exhaust velocity resulting, in the first case, would be in the neighbourhood of 6,000 m/s. In the superheating process, the working gas passes twice through the reactor core, removing heat by convective transfer during the first transit and by direct fission fragment recoil during the second passage. If, after the first transit, the fluid is divided and only part of it is subjected to superheating, the exhaust velocity may be still further augmented. (The portion of the fluid which is not superheated is cooled by radiation and then recycled.) The author emphasises that the proposals made in his paper are purely speculated and do not refer to anjr experimental work carried out on his part.