Зачем нам ТЯ на гиперкумулятивной инициации-цели

Сообщение №13694 от Адрон 08 октября 2002 г. 23:42
Тема: Зачем нам ТЯ на гиперкумулятивной инициации-цели

Сейчас много усилий в мире тратится на получение ТЯ реакций путем инерциального синтеза с помощью лазеров и ускорителей. Без особого, впрочем, успеха. В топике "ТЯ реакции в кумулятивных струях" была показана принципиальная возможность получения эффекта с помощью инициации DT реакции с использованием гиперкумулятивных струй со скоростями от 100 км/с. Правда, расчетный эффект требует экспериментального подтверждения - надеюсь, ВНИИЭФ и/или ВНИИТФ этим наконец займутся. Максимум сечения реакции DT составляет 110 кэВ. Однако, это реакция с выходом 14МэВ нейтронов и ее сложно назвать экологически чистой. Особый интерес представляет реакция DHe-3 с выходом преимущественно протонов. Однако ее сечение имеет максимум на 580 кэВ, что резко усложняет возможность ее использования. Именно на основе этой реакции возможно было бы создание ядерно-импульсных космических аппаратов (типа экологически чистых аналогов проектов "Дедал" и "Орион") и чистых двигателей для атмосферных полетов. До сих пор под ядерно-импульсными двигателями понимались средства, использующие подрывы малых боеприпасов деления и в этом смысле по последствиям их можно назвать "грязными". Полагаю, что позитивное радикальное решение проблемы грязных ядерно-импульсных аппаратов может быть найдено в малых ТЯ зарядах с гиперкумулятивной инициацией на основе HE-3 и более высокоэффективного ВВ, чем существующее. Понятно, что существующие технологии в лучшем случае ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО запустят только DT. Поскольку это технологии двойного назначения - ими необходимо заниматься исключительно в рамках госструктур. Да и доступ к экспериментальным DT мишеням хорошо бы ограничить по понятным причинам. Переход с дорогих с малым КПД лазеров и ускорителей тяжелых ионов на дешевое ВВ представляется возможным решением проблемы в рамках инерциального термоядерного синтеза. Размещение на космическом корабле бункера под, скажем, 100000 зарядов с 100-500 кг тротилового эквивалента при массе заряда до килограмма - и дешевый, экологически чистый аналог "Дедала" или "Ориона" полетит к другим планетам.

Ниже представлена визуализация двумерного расчета взаимодействия ударной волны заряда с плитой.


Отклики на это сообщение:

Перспективы создания систем инерциального термоядерного синтеза на основе гиперкумулятивных зарядов.

Пономаренко А.В., ктн ©, 2002

Показана принципиальная возможность имплозии ТЯ мишени для DD и DT реакции с использованием гиперкумулятивных инициаторов, которые могут быть изготовлены на основе существующих технологий .Получена оценка энерговыделения и выхода нейтронов при имплозии сферических DD и DT мишеней встречными гиперкумулятивными струями для различных материалов облицовки зарядов.

Методика создания и расчета гиперкумулятивных зарядов хорошо известна /1/. Вместе с тем, было необходимо проведение расчетов с целью выбора оптимального материала для конической облицовки заряда (рис.1) для получения максимальной концентрации энергии на мишени. В соответствие с методикой /3/, одним из измеренных экспериментальных параметров материала облицовки, характеризующих кинетические свойства гиперкумулятивной струи , является условная предельная относительная сжимаемость материала, определяемая как линейно экстраполированная на бесконечное давление реальная сжимаемость, определенная экспериментально при давлениях до 10^4 кбар.В таблице 1 представлены результаты расчета параметров гиперкумулятивной струи по методике /1 /- определена скорость кумулятивной струи, давление и температура вырожденного электронного газа в плазме материала струи при синхронном встречном подрыве гиперкумулятивных зарядов. Из представленных данных видно, что для материалов облицовки заряда наблюдается хорошее соответствие между минимальной условной предельной относительной сжимаемостью и максимальными значениями давления и температуры плазмы в зоне встречи гиперкумулятивных струй. Наиболее высокие давления и температуры могут быть получены при использовании титана, бериллия, лития в материале облицовки. Основное энерговыделение в центральной зоне реакции определяется заряженными частицами . Расчеты произведены для DD и DT мишени диаметром 3мм без внешнего абляционного слоя с однородным заполнением, объемом 1,5e-8 m3 с концентрацией DD и DT смеси 2.7е26 1/м3. В двумерной геометрии рассматривался случай синхронного воздействия гиперкумулятивных струй с параметрами из таблицы 1. Рассматривалась динамика формирования ударных волн в мишени при воздействии струй в рамках модели адиабаты Гюгонио, ударной адиабаты до давлений 10^4 кбар, с высокотемпературными поправками до давлений 10^5 кбар, в рамках модели вырожденного электронного газа с давлений 10^6 кбар /1,3/. При этом за время 5-7 нс(в зависимости от материала струи) происходит прохождение ударной волны до центральной области мишени при одновременном сжатии мишени. В центральной области (керн) при этом происходит последовательное фононное возбуждение, термоионизация вплоть до образования полностью ионизованной плазмы, в которой наблюдается полностью вырожденный электронный газ (ВЭГ). Ранние оценки, проведенные автором без учета теплоемкости ВЭГ, дали для имплозии бериллиевыми струями температуру 4,7 кэВ, что является явно завышенным значенем. Уточненная оценка давлений и температур плазмы в области керна имплозии для разных материалов струи представлена в Таблице 1. Выход продуктов термоядерной реакции на этой стадии определяется интегралом произведения температурной зависимости квадрата концентрации D и DT(при равной концентрации компонентов) на параметр термоядерной плазмы "произведение

Таблица 1. Определение для материалов облицовки скорости гиперкумулятивной струи заряда, давления и температуры вырожденного электронного газа в плазме.

Материал Условная предельная относительная сжимаемость Скорость кумулятивной струи,км/с Давление при встрече струй , г/см2 Температура, К T,кэВ
Титан 0,083 64,2 2,48E+12 3,022E+06 2,605E-01
Бериллий 0,083 100,3 2,48E+12 2,654E+06 2,288E-01
Литий 0,103 167,6 1,99E+12 2,789E+06 2,404E-01
Тантал 0,138 26,0 1,48E+12 2,327E+06 2,006E-01
Калий 0,147 110,3 1,40E+12 2,853E+06 2,460E-01
Ванадий 0,174 38,1 1,18E+12 1,968E+06 1,696E-01
Ниобий 0,174 32,1 1,18E+12 2,054E+06 1,771E-01

сечения реакции на данной энергии на скорость частиц плазмы при данной энергии"/2/. Рассчитанные выходы нейтронов, энерговыделения при начальном сжатии мишени в первые 5-7 нс не представляются по формальным соображениям. Для DT мишени на второй стадии формируется ударная волна инициации термоядерного горения расширяющегося центрального керна мишени. Соответствующие расчитанные выходы нейтронов и энерговыделения для DT не приводятся по тем же соображениям.

Таким образом , показана реализуемость термоядерного заряда на основе гиперкумулятивной имплозии малой DT мишени.
Имеется необходимость проведения экспериментальных работ по синхронизации инициации высокоэнергоемких ВВ с целью получения встречных гиперкумулятивных струй с точностью воздействия на мишень до единиц-долей нс. Уточнены в сторону уменьшения реальные температуры плазмы мишени.
В свете представленных результатов необходимо принятие решения на международном уровне о дополнительном радикальном ограничении доступа к зкспериментальным мишеням для инерциального термоядерного синтеза, прежде всего, на основе трития.

Литература.

1.Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. "Физика взрыва", М., ГИФМЛ, 1959
2.Lindl J. "Inertial confinement fusion" ,Pergamon Press, 1992
3.Жарков В.Н."Уравнения состояния твердых тел при высоких давлениях и температурах" М, "Наука", 1968
4.Нестеренко В.Ф. "Импульсное нагружение гетерогенных материалов",
Новосибирск, "Наука", 1992
5.Станюкович К.П. "Неустановившиеся движения сплошной среды",М.,ГИФМЛ, 1955
6.Тихонов А.Н., Самарский А.А., "Уравнения математической физики",М., "Наука",1966
7. Забабахин Е.И., Забабахин И.Е. Явления неограниченной кумуляции М.: Наука, 1988.
8. Баутин С.П. Математическая теория безударного сильного сжатия идеального газа. Новосибирск: Наука, 1977.
9. Копышев В.П., Урлин В.Д. Изэнтропическая сжимаемость водорода и уравнения состояния водорода до давления 1ТПа / Ударные волны и экстремальные состояния вещества. Под ред. В.Е. Фортова и др. М.: Наука, 2000 ,с. 297-314.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100