Aufheizung der Brennkammerwand bei einem Annihalationsantrieb

Die ungeladenen Pionen, die beim Zerfall der Antiprotonen entstehen, zerfallen nach äußerst kurzer Zeit in Gammaquanten, die das Plasma praktisch ungehindert verlassen können. Eben­so kann die durch die relativistischen Teilchen abgegebene Brems- und Synchrotronstrahlung das Plasma verlassen. Weiterhin kann es vorkommen, daß die relativistischen Pionen, Myo­nen und Elektronen aus der magnetischen Flasche entweichen und die Brennkammerwand be­rüh­ren. In diesem Fall wird ihre Energie ebenfalls von der Wandung aufgenommen. Diese in­tensiven Strahlungsquellen müssen durch eine starke Ab­schirmung um die Brennkammer von der Nutz­last ferngehalten werden. Durch die hohe Ener­gie der Gammastrahlung wird die Ab­schirmung ebenfalls sehr stark aufgeheizt und muß des­halb gekühlt werden. Die Erwär­mung der Innen­seite der Abschirmung durch Wärmestrahlung aus dem Plasma und durch Kontakt­lei­tung macht dagegen nur einen Bruchteil an der Gesamtwärmelast aus.

Durch eine Kühlung mit dem Wasserstoff für die Brenn­kammer kann dieser nicht unerhebli­che Anteil an Verlustenergie zum Teil zurückgewonnen werden, so daß der Wirkungsgrad des Antriebes insbesondere bei niedrigen Brennkammer­drücken stark verbessert wird. Hier kom­men zwei Möglichkeiten in Betracht. Bei niedrigen Wärmelasten von weniger als 3107 W/m² kann noch regenerativ gekühlt werden.

Die Abschirmung um die Brennkam­mer wird dazu in feinen Kanälen vom Kühlmittel durch­flossen, welches die durch die Absorpti­on der Gammaquan­ten in der Abschir­mung frei werdende Wärme abführt. Die Wärme wird da­bei im ge­sam­ten Vo­lu­men der Ab­schir­mung frei, der Vorgang ist also vergleichbar mit elektrisch beheizten Metallkörpern, die von einem Kühlmittel umströmt werden.

Die Simulationen zeigen, diese Kühlungsart reicht bei sehr hohen Wärmelasten nicht mehr aus; in diesem Fall muß eine Schwitzkühlung verwendet werden. Hierbei wird der Wasserstoff von außen radial durch die nun porös ausgeführte Abschirmung gepreßt und verdampft und erwärmt sich hierbei. Mit dieser Kühlungsart lassen sich noch Wärmelasten über 109 W/m² beherrschen.

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