Термоядерное устройство (варианты)

Предлагаемая полезная модель относится к термоядерной технике, в частности, к малогабаритным термоядерным устройствам, которые могут быть использованы в различных областях хозяйственной деятельности при необходимости проведения локальных взрывов без заражения окружающей среды, при проведении геологоразведочных работ и создании подземных газо и нефтехранилищ. Термоядерное устройство по первому варианту содержит корпус 1, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество 2, на внутренней стенке корпуса расположены детонаторы 3, утопленные во взрывчатое вещество 2, в центре массы взрывчатого вещества расположена мишень 4 сферической или цилиндрической формы, выполненная из предварительно вакуумированного твердого пористого материала, поры которого заполнены газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку 5. Ил.2.

В устройстве по второму варианту мишень выполнена из жидкого или пастообразного материала, содержащего вакуумированные микропузырьки или полые стеклянные шарики, заполненные газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа. Ил.З.

Предлагаемая полезная модель относится к термоядерной технике, в частности к малогабаритным термоядерным устройствам, которые могут быть использованы в различных областях хозяйственной деятельности при необходимости проведения локальных взрывов без заражения окружающей среды.

Известно устройство для сжатия плазмы, содержащее дейтерий в конической мишени, лайнер, разгоняемый с помощью взрывного устройства с последующей генерацией ударной волны при схождении ее в коническом канале (Derentowicz H, Kaliski S., Wolski I., Ziolkowski Z. // Bull. Acad. Sci. Pol. Ser. Sii. Tech. 1997. Vol.25. P.897.).

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для инициирования термоядерного заряда при кумуляции сходящейся сферической ударной волны, которая содержит в виде концентрических сфер тяжелую оболочку, заряд обычного взрывчатого вещества, сферическую мишень, заполненную газообразным дейтерием или дейтеридом урана D ₂U при этом выход нейтронов в импульсе составлял 3×10 ¹¹, (Galkowskii A., Swierczynski R., Wladarczyk. E. // J.Tewch. Phys. 1981. Vol.9. P.349. прототип). Однако это устройство позволяет только демонстрировать принципиальную физическую возможность проведения реакций синтеза "легких" ядер, так как размеры устройства при использовании этого способа слишком велики, а эффект незначителен.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу инициирования термоядерного устройства обычными взрывчатыми веществами с высоким коэффициентом превращения в результате термоядерных реакций и реакций деления.

Поставленная техническая задача по первому варианту решается тем, что термоядерное устройство, содержащее корпус сферической или

цилиндрической формы, выполненный из прочного тяжелого металла с плотностью 5 г/см³, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество, а на внутренней части стенки корпуса расположены детонаторы, утопленные в материал взрывчатого вещества, в центре массы обычного взрывчатого вещества расположена мишень сферической или цилиндрической формы, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку при этом мишень выполнена из предварительно вакуумированного твердого пористого материала, поры которого заполнены газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа.

Поставленная техническая задача по второму варианту решается тем, что термоядерное устройство, содержащее корпус сферической или цилиндрической формы, выполненный из прочного тяжелого металла с плотностью 5 г/см³, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество, а на внутренней части стенки корпуса расположены детонаторы, утопленные в материал взрывчатого вещества, в центре массы обычного взрывчатого вещества расположена мишень сферической или цилиндрической формы, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку при этом мишень выполнена из предварительно вакуумированного пористого жидкого или пастообразного материала, содержащего вакуумированные микропузырьки или полые стеклянные микрошарики, заполненные газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа.

Выполненное таким образом устройство по первому и второму вариантам позволяет решить поставленную техническую задачу инициирования обычными взрывчатыми веществами термоядерного устройства с высоким коэффициентом срабатывания реагентов при протекании реакций синтеза и инициированных продуктами этих реакций -нейтронами реакций деления. Эффект основан на том, что скорость звука в микропористой среде может быть на два порядка ниже, чем в жидкости или

твердом теле и на порядок ниже, чем в газе. При снижении давления в микропористой среде скорость звука может быть значительно снижена. Скорость звука в микропористой среде определяется соотношением:

где Р - давление; - показатель политропы; - объемное газосодержание; - плотность жидкой или твердой фаз. Температура при адиабатическом сжатии микропузырька определяется из соотношения:

где Т₀ - начальная температура, М - число Маха; , где D - скорость ударной волны. Температура при схождении ударной волны к центру после подрыва сферического заряда из обычного взрывчатого вещества

где D₀ - скорость детонации ВВ, R₀ - начальный радиус заряда. При этом необходимо выполнения условия 150d25d, где - толщина ударной волны, d - диаметр микропузырька. Толщина ударной волны определяется из соотношения

где _I - начальное газосодержание;

где M_I - число Маха; n - показатель политропы; - показатель адиабаты; Г₁₁=1,12; Р_II - давление за фронтом ударной волны, Р_i - давление перед фронтом ударной волны; c_II - скорость за фронтом ударной волны; c_I - скорость перед фронтом ударной волны; _II - объемное газосодержание за фронтом ударной волны; _I - объемное газосодержание перед фронтом ударной волны.

Энергия в микропузырьках может быть столь велика, порядка ˜1 Мэв, что будут осуществляться реакции синтеза всех элементов с массой ниже массы железа.

При использовании высокоплотных жидких или твердых веществ с вакуумированными микропузырьками или полыми микросферами можно получить кварк - глюонную плазму.

При этом эффективная поступательная температура в ударной волне, возникающая при сжатии микропузырька, существенно превышает равновесную температуру за фронтом. Это позволяет достигать весьма высоких энергий в условиях, когда еще равновесное излучение не играет существенной роли. В результате снятия конфайнмента и образования кварк - глюоной плазмы могут образовываться магнитные монополи с массой 10 ^-8÷10^-7 г, которые в свою очередь могут быть катализаторами распада протона и нейтрона с выделением большой энергии (эффект Рубакова) по следующему механизму

*

где е⁺ - позитрон; ° - мезон; - антинейтрино; - гамма квант.

Проведенные нами предварительные эксперименты по измерению потока нейтронов в барботированной дейтерием пористой тяжелой воде в условиях форвакуума Р˜0,01 атм, при обжатии ударной волной, генерируемой при взрыве проволочки кольцевой конфигурации дали значения потока нейтронов ˜10 ⁸÷10¹⁰. Проведение обжатия микропористой среды таким образом, было с целью локализовать область реализации реакций синтеза (в данном случае легких ядер) для предотвращения детонации и выхода потока нейтронов превышающих предельно допустимые значения. На фиг.1 представлены совмещенные гамма-спектры фона - кривая 1 и активированного индия-кривая 2,3 - энергетическая область расположения фотопика Е=417кэВ.

Ниже приведена таблица данных (Таблица 1) для расчета плотности потока нейтронов по активности индия (In ^116m1 с периодом полураспада T_1/2=54 мин.), измеренному и рассчитанному по величине фотопика Е=417 кэВ этого изотопа. Две нижние графы таблицы 1 содержат результаты расчетов по формулам 6 и 7, соответственно.

Таблица 1
Наимен. Данных	Levar 22	Levar 23
	424±84	395±79
(барн)	161	161
	0,957	0,957
m[грамм]	22,5	8
М	116	116

Продолжение таблицы I
[стерад]	1,246	0,46
NA	6,02*1023	6,02*1023
t1[c]	10 -3	10-3
t2[c]	240	240
t 3[с]	2000	2000
('эффективность регистрации)	0,92	0,92
f/comp=	0,33	0,33
E=417кэВ
(вых/расп)	0,32	0,32
f[n/cm2 c]	5,12*105	3,65*106
Ф-полн.Поток [n/imp]	6,43*10 8	1,03*109

Расчетные формулы:

где:

f - плотность потока нейтронов,

- число зарегистрированных импульсов,

n - число и локализация учитываемых каналов (31-41),

t ₁ - время активации,

t₂ - время задержки,

t₃ - время измерения,

- сечение активации,

m - масса In,

- распространенность изотопа,

N_A - число Авогадро,

М - грамм-атом In,

ехр - экспонента,

- постоянная распада,

- эффективность регистрации,

- отношение сечений фото- и Комптон-эффектов,

- выход гамма-квантов на распад.

где: Ф - полный поток «в четыре пи»,

R - расстояние от мишени (пластинки In) до эпицентра реакции.

Сущность предлагаемой полезной модели по первому варианту поясняется схемой, показанной на фиг.2. Термоядерное устройство содержит корпус 1, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество 2, а на внутренней части стенки корпуса расположены детонаторы 3, утопленные в материал взрывчатого вещества, в центре массы обычного взрывчатого вещества расположена мишень сферической или цилиндрической формы 4, выполненная из предварительно вакуумированного твердого пористого материала, поры которого заполнены газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку 5.

Работа устройства по первому варианту происходит следующим образом: сигнал с помощью системы дистанционного управления подается на детонаторы 3, которые инициируют обычное химическое взрывчатое вещество 2 взрыв которого создает сходящуюся детонационную волну сферической или цилиндрической геометрии в зависимости от геометрии устройства, при воздействии детонационной волны на мишень 4 в результате эффектов кумуляции энергии происходит инициирование термоядерных реакций и реакций деления.

Сущность предлагаемой полезной модели по второму варианту поясняется схемой, показанной на фиг.3.

Термоядерное устройство содержит корпус 1, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество 2, а на внутренней части стенки корпуса расположены детонаторы 3, утопленные в материал взрывчатого вещества, в центре массы обычного взрывчатого вещества расположена мишень сферической или цилиндрической формы 4, выполненная из жидкого или пастообразного материала, содержащего вакуумированные микропузырьки или полые стеклянные микрошарики, заполненные газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку 5.

Работа устройства по второму варианту происходит следующим образом: сигнал с помощью системы дистанционного управления подается на детонаторы 3, которые инициируют обычное химическое взрывчатое вещество 2, которое создает сходящуюся детонационную волну сферической или цилиндрической геометрии в зависимости от геометрии устройства, при воздействии детонационной волны на мишень 4 в результате эффектов кумуляции энергии происходит инициирование термоядерных реакций и реакций деления.

Предлагаемое термоядерное устройство обладает существенными преимуществами перед термоядерными устройствами, инициируемыми делящимися материалами, то есть низким заражением местности или вообще его отсутствием при использовании, например реакции В¹¹+Н¹=3Не ⁴, простотой конструкции и методам его изготовления, широким спектром материалов для проведения реакций синтеза и деления.

Предлагаемая полезная модель может быть использована в различных областях хозяйственной деятельности, при проведении геологоразведочных работ, не вызывая радиоактивного заражения местности, а также для создания подземных газо и нефтехранилищ.

1. Термоядерное устройство, содержащее корпус сферической или цилиндрической формы, выполненный из прочного тяжелого металла с плотностью 5 г/см³, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество, а на внутренней части стенки корпуса расположены детонаторы, утопленные в материал взрывчатого вещества, в центре массы обычного взрывчатого вещества расположена мишень сферической или цилиндрической формы, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку, отличающееся тем, что мишень выполнена из предварительно вакуумированного твердого пористого материала, поры которого заполнены газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа.

2. Термоядерное устройство, содержащее корпус сферической или цилиндрической формы, выполненный из прочного тяжелого металла с плотностью 5 г/см³, внутри которого находится обычное химическое взрывчатое вещество, а на внутренней части стенки корпуса расположены детонаторы, утопленные в материал взрывчатого вещества, в центре массы обычного взрывчатого вещества расположена мишень сферической или цилиндрической формы, заключенная в легкую полиэтиленовую оболочку, отличающееся тем, что мишень выполнена из предварительно вакуумированного пористого, жидкого или пастообразного материала, содержащего вакуумированные микропузырьки или полые стеклянные микрошарики, заполненные газообразными веществами, содержащими элементы таблицы Менделеева с атомной массой не выше массы атомов железа.