Loading article…
原子力塩水ロケット（NSWR ）は、ロバート・ズブリンが設計した理論上の原子力熱ロケットの一種である。[1]化学ロケットのような従来の化学推進剤の代わりに、このロケットはプルトニウム塩または20%濃縮ウランで燃料を供給される。溶液は、 （中性子吸収特性のため）炭化ホウ素でコーティングされたパイプの束に収められる。コーティングとパイプ間の空間の組み合わせにより、溶液が反応室に送り込まれて臨界質量に達し、ノズルから噴射されて推力を発生させるまで、内容物は臨界質量に達しない。[1]
提案されたデザイン
化学ロケットは、化学反応によって生成された熱エネルギーを使用してガス生成物を加熱します。高温の生成物は推進ノズルから非常に高速で排出され、推力を生み出します。[2]核熱ロケット(NTR) では、核分裂炉を使用して流体を加熱することで推力が生成されます。排気の分子量が低いほど(可能な限り低いのは水素)、モーターの効率が高くなります。ただし、このエンジンでは、推進剤は熱の生成に関与しないため、適切な特性を持つ多くの流体のいずれかを使用できます。[3] NSWR では、核塩水は反応室を通過して排気ノズルから排出されます。その方法と速度は、チャンバーが特定のポイントまで満たされると臨界質量が始まるようになりますが、核分裂反応のピーク中性子束は、車両の外で発生します。[1]
デザインの利点
従来の NTR 設計に比べて、いくつかの利点があります。ピーク中性子束と核分裂反応率は車両の外で発生するため、これらの活動は、容器内に収容する必要がある場合 (材料の制約により温度制限がある) よりもはるかに活発になる可能性があります。[1]さらに、密閉された原子炉では、一度に核分裂を起こすことができる燃料の割合はごくわずかです。そうでなければ、過熱して溶融します (または暴走核分裂連鎖反応で爆発します)。[4] NSWR の核分裂反応は動的であり、反応生成物は宇宙に排出されるため、反応する核分裂燃料の割合に制限はありません。多くの点で、NSWR は核分裂炉と核分裂爆弾の利点を兼ね備えています。[1]
NSWRは本質的に連続的な核分裂爆発の力を利用できるため、非常に高い推力と非常に高い排気速度の両方を備えており、ロケットは急速に加速できるだけでなく、推進剤の使用に関しても非常に効率的です。高推力と高比推力の組み合わせは、ロケットの世界では非常に珍しい特徴です。[5]ある設計では、66 km/sの排気速度で13メガニュートンの推力を生成します（または、2023年2月時点で最高の化学ロケットの排気速度が約4.5 km/s（450秒ISP）であるのに対し、6,730秒ISP）。[6]
上で説明した設計と計算では、20パーセント濃縮ウラン塩を使用しています。しかし、はるかに高い排気速度（4,725 km/s）を達成できる別の設計を使用し、30,000トンの氷彗星と7,500トンの高濃縮ウラン塩を使用して、300トンの宇宙船を光速の7.62％まで加速し、60年の旅の後にアルファケンタウリに到達する可能性もあるでしょう。[1]
「NSWRはオリオン推進システムの多くの特徴を共有しているが、NSWRはパルス推力ではなく連続推力を生成し、実現可能な最小のオリオン設計（ショックアブソーバーシステムの要件と効率的な核爆発物の最小サイズのため、通常は大きい）よりもはるかに小さな規模で動作できる可能性がある。」[7]
制限事項
当初の設計で使用された推進剤には、比較的高価な同位体235 Uがかなり多く含まれており、コスト効率はあまり良くありません。しかし、NSWR の使用が増えれば、核分裂増殖炉または（はるかに優れた）核融合・核分裂ハイブリッド炉のいずれかで、これをより安価な同位体233 Uまたは239 Puに置き換えることができます。これらの他の核分裂性物質は、比較的低コストで、ほぼ同等の役割を果たすのに適した特性を備えています。[1] [8]
ロバート・ズブリンによる核塩水ロケット設計のもう一つの大きな制限は、宇宙船内で実際にそのような反応を維持できるような反応室で使用できる材料がなかったことである。ズブリンは設計の中で、この装置は、材料ではなく液体の流量または速度がプロセスで最も重要なものになるように作られていると主張した。したがって、彼は、反応室を通過する液体に適切な速度が選択されれば、最大の核分裂放出の場所を反応室の端に配置することができ、その結果、システムは無傷のまま安全に動作できると主張した。これらの主張は、そのような装置のテストが行われたことがないため、まだ[現在? ]証明されていない。 [9]
例えば、ズブリンは、希釈された核燃料が熱中性子の拡散速度と同程度の速度でチャンバーに流入すれば、核反応はチャンバー内に閉じ込められ、システムの残りの部分に損傷を与えない（ガスバーナーの核アナログ）と主張している。この考え方で起こり得る問題は、中性子がすべて同じ速度で拡散するのではなく、数桁にわたって広く分布していることである。この速度分布の裾野が、燃料供給システムで（散乱と核分裂によって）システムを破壊するのに十分な熱を生成するのに十分である可能性がある。 [要出典]この疑問は、中性子輸送の詳細なモンテカルロシミュレーションによっておそらく答えられるだろう。
船の排気ガスには放射性同位元素が含まれるが、宇宙では、これらは短い距離を移動しただけで急速に拡散する。排気ガスは高速で移動する（ズブリンのシナリオでは、太陽脱出速度よりも速く、最終的には太陽系から脱出できる）。しかし、これは惑星の表面ではほとんど役に立たない。NSWR は大量の過熱蒸気を排出するが、その中にはまだ核分裂する核塩が含まれているからである。地上でのテストには、もっともな反対意見があるかもしれない。ある物理学者は次のように書いている。
- 「このようなテストの環境影響評価書を書くことは、興味深い問題を引き起こす可能性がある...」[9]
NSWR における核分裂が制御できるかどうかも確実ではありません。
- 「ロケットエンジン内で高速臨界を制御できるかどうかは未解決の問題である」[10]
参照
参考文献
- ^ abcdefg R. Zubrin (1991). 「核塩水ロケット：10,000秒ISPでの高推力」（PDF） .英国惑星協会誌. 44 : 371–376.
- ^ Angelin, Marcus; Rahm, Martin; Gabrielson , Erik; Gumaelius, Lena (2012 年 8 月 17 日)。「一日ロケット科学者: 化学推進の代替手段の調査」。Journal of Chemical Education。89 ( 10): 1301–1304。Bibcode :2012JChEd..89.1301A。doi :10.1021/ed200848r。
- ^ Babula, Mariah. 「核熱ロケット推進」。NASA.gov。NASA宇宙推進およびミッション分析オフィス。2013年6月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年5月1日閲覧。
- ^ 長谷川浩一（2012年3月）「原子力リスクに立ち向かう：福島原発事故からの教訓」国際社会学誌21 （ 1）：84–91。doi ：10.1111/j.1475-6781.2012.01164.x 。
- ^ Braeunig, Robert (2005) [1997]. 「ロケット推進」. ロケットと宇宙技術. braeunig.us . 2006年6月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年5月1日閲覧。
- ^ Zubrin, R. (1991). 「核塩水ロケット: 10,000 秒 ISP での高推力」(PDF) .英国惑星協会誌. 44 : 371–376 – narod.ru 経由。
- ^ スターン、デイビッド・P.、博士（2003年11月19日）。「宇宙への遠い道：原子力」。星空観察者から宇宙船まで（レポート）。2012年11月14日閲覧。
{{cite report}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ カン・ジョンミン、フォン・ヒッペル、フランク・N. (2001)。「使用済み燃料中のウラン232とウラン233の拡散抵抗性」。科学とグローバルセキュリティ。9 (1): 1–32。Bibcode :2001S&GS....9 .... 1K。doi : 10.1080/08929880108426485。S2CID 8033110 。
- ^ ab Cramer, JG (1992 年 12 月)。「Nuke your way to the stars」。Alternate View コラム。Analog Science Fiction and Fact。AV -56。2012年 3 月 7 日閲覧。
テキストは「Alternate View Column AV-56」でも閲覧可能。npl.washington.edu 。 2017年4月18日閲覧。
- ^ McNutt, Ralph L. Jr. (1999年5月31日). 現実的な恒星間探査機(PDF) (レポート). フェーズI最終報告書. NASA先端概念研究所. 2012年11月14日閲覧。