Главная  Взрывная дейтериевая энергетика 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

)т отдать предпочтение о контура оказывается сть даже предложения КВС, вьфабатывающих )стью энергоагрегатов, 1чения удельной массы

Таблица 3.2

, цикла температура те-)ступает теплоноситель 1езначительного време-)ному или ниже, а тем-(ремени в камере будут

кс кс ) В течение же ащитной стенки) будут

Римп)-

ВС не действует. Оно нке. Эта стенка тормо-давление торможения

j,), но и квазистатичес-

корпус надежно защи-

)атура кипения натрия, корпусом, температура

, связанное с диапазо-ро, авторы, обосновы-: предельные давления ной проработке прихо-требующих снижения т принципиальных ре-

0 °С прочность стали ляют жаростойкие ста-хрома не бесконечны.

и предсказать экономичность применения жаростойких сталей при резком повышении потребности в хроме вряд ли возможно. Поэтому в концепции КВС предлагаются сравнительно низкие по сравнению с PNE и ВТР температуры. Это приведет к снижению доли вырабатываемой с помощью КВС электроэнергии. Например, в одном из вариантов PNE предлагается КПД -10%.

Во-вторых, любая жаропрочная оболочка взрывной камеры неизбежно должна контактировать с другими материалами (например, со скальными породами в концепции PNE), которые под действием термических напряжений могут разрушаться. Компенсация этих напряжений может потребовать более весомых затрат, чем снижение КПД при преобразовании тепла в электричество.

Процесс установления статических и квазистатических значений давления и температуры во взрывных камерах рассматривается далее упрощенно, но с запасом в пользу безопасности. Этот запас, как правило, не приводит к большому удорожанию КВС, поэтому уточнение оценок мы считаем не столь существенным, как опасность пропустить какое-то воздействие или эффект. Многие эффекты бьши выявлены в процессе обсзений, но описаны будут лишь наиболее значимые, с точки зрения авторов, а также упоминавшиеся оппонентами наиболее часто.

§ 3.2. Тротиловый эквивалент и эквивалентность

Разрушительную силу ядерного взрыва, как уже отмечено выше, принято оценивать в тоннах, килотоннах или мегатоннах тротилового эквивалента. В спорах о реалистичности КВС часто высказывается сомнение: неужели 500 вагонов взрывчатки (25 килотонн) не разнесут 130-метровую бочку? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо чуть подробнее остановиться на вопросе эквивалентности химической и ядерной взрывчатки.

Для энерговыделения около 40 МДж из 1 кг нефтепродуктов необходимо около 3 кг кислорода. Это означает, что нефтекислородная взрывчатка обладала бы калорийностью -10 МДж/кг. В воздухе всего -20 % кислорода, поэтому смесь, сгорающая в двигателях внутреннего сгорания ( нефтевоздушная взрывчатка ) может обладать калорийностью лишь менее 2 МДж/кг. Тротил имеет среднюю между ними калорийность 4 МДж/кг. Килотонна тротилового эквивалента означает, что при взрыве выделилось энергии 4 10 Дж.

Термоядерная взрывчатка , которую предполагается использовать в энергозарядах КВС-энергетики, - дейтерий - намного калорийнее. При его полном сгорании энерговыделение составляет

=3-10 МДж/кг.

Сейчас нас не очень интересует сам процесс горения; будем считать, что в конечном счете энергия, например,

е = 25ктт. э.= Ю' Дж

(далее мы будем часто пользоваться этой величиной) будет передана энергозаряду, имеющему массу, например, 1 т. Тогда калорийность энергозаряда в этом



примере составит -10 МДж/кг. Энергия эта выделяется в области, имеющей характерный размер менее метра. Радиус эквивалентного тротилового заряда составил бы около 15 м.

Оценим плотность энергии взрыва, Qgjp =10 Дж (25 кт т. э.), в момент подхода взрывной волны к защитной стенке, имеющей радиус R = 50 м.

Будем считать, что энергия заключена внутри сферы с радиусом R,

имеющей объем ~5 10м . Масса аргона внутри этой сферы -ЗЮкг, а среднее энергосодержание на единицу объема одинаково в случае и ядерного энергозаряда, и тротила - около 200 МДж/м . Однако на единицу массы они резко отличаются. В случае энергозаряда энергосодержание аргона -300 МДж/кг, а в случае тротила практически не изменилось: по-прежнему -4 МДж/кг.

Энергию взрыва (Q) можно представить состоящей из трех частей.

Во-первых, это тепло, переданное аргону (бтепл )> во-вторых, механическая энергия аргона, разлетающегося после взрыва ( Qg ) в-третьих, энергия проникающего излучения ((2зд ).

В (2 зд мы умышленно не включаем тепловое излучение энергозаряда и разогретого газа, а учитываем только энергию, которую могут дать два нейтрона, родившиеся в термоядерном цикле реакций. Конечная судьба этих нейтронов известна: поглотившись, каждый из них даст 6...8 МэВ дополнительной энергии в виде у- и Р-излучения. Полное энерговыделение внутри КВС окажется приблизительно на треть больше, чем следует из термоядерных реакций. Где и когда энергия связи нейтронов выделится, зависит от конструкции энергозаряда и КВС. Мы полагаем, что удастся реализовать достаточно экономичные устройства со следующими диапазонами распределения энергий:

е„зд =(0,1...0,2)е;

!2мех = (О Л...0,28) е;

бтепл =(0,6...0,7) е.

В работе [33] предполагается использование в PNE энергозарядов с (2зд = 0,8(2 Мы считаем это малореалистичным.

В случае ядерного взрыва температура газа внутри сферы, ограниченной взрывной волной, много выше, чем в случае тротилового, поскольку энергия распределена на меньшее число частиц. Но механический импульс, обрушивающийся на защитную стенку, при ядерном взрыве много меньше. Действительно, если массе аргона Мд передана энергия бмех результате чего масса приобрела радиальную скорость Овзр , то переносимый ею импульс равен

При одинако! отношение импул нием масс, вовлеч

/=Л^Агвзр=л/2а

(3.5)

При торможе! корпусом КВС, ра;

Сила тормож! на длину торможе разделах, сейчас у занная с радиальи меньше, чем от тр(

Это, однако, чина. Нетрудно oi вовлеченного в дв кой взрывчатки, и

Мы не вьщел частью тепловой э излучения меньш( ного действия уда же процесса уста давление фотонов

Средством уь/ рование взрывно? из-за связанных i приведет к очень тех пор, пока зам квазистатическое,

§3.3

3.3. L Энергоз

Схемы энергс 1950-х годов. Но ч в ядерных зарядах, подробно обсужда разработкой ядерн чественных хараю ляется в результат характеристики не



;я в области, имеющей 1Г0 тротилового заряда

(25 кт т. э.), в момент

диус У?з(, = 50 м.

)еры с радиусом R

гой сферы ~ 3 10 кг, во в случае и ядерного ко на единицу массы )госодержание аргона ;нилось; по-прежнему

} трех частей, -вторых, механическая -третьих, энергия прочие энергозаряда и ра-гут дать два нейтрона, ;удьба этих нейтронов (полнительной энергии ри КВС окажется при-1ых реакций. Где и ко-:трукции энергозаряда > экономичные устрой-

PNE энергозарядов

сферы, ограниченной поскольку энергия рас-импульс, обрушиваю-гньше. Действительно, гате чего масса приоб-пьс равен

(3.5)

При одинаковой доле энергии взрыва, перешедшей в радиальное движение, отношение импульсов при ядерном и тротиловом взрывах определится отношением масс, вовлеченных в движение:

яд

м

= 10.

(3.6)

При торможении защитной стенки, получившей импульс от взрывной волны, корпусом КВС, развиваются давления, пропорциональные квадрату импульса.

Сила торможения равна кинетической энергии защитной стенки, деленной на длину торможения. Подробнее процесс будет рассматриваться в последующих разделах, сейчас же отметим, что часть разрушительного действия взрыва, связанная с радиальным движением, в случае ядерного заряда оказывается в 100 раз меньше, чем от тротила.

Это, однако, не означает, что тротиловый эквивалент - надуманная величина. Нетрудно оценить, что при воздушном взрыве на расстоянии 1 км масса вовлеченного в движение воздуха окажется в тысячу раз больше 25 кт химической взрывчатки, и продемонстрированной выше разницы не будет.

Мы не выделили отдельно тепловое излучение нагретого газа, считая его частью тепловой энергии взрыва. Непосредственное механическое действие этого излучения меньше действия разогретого аргона, поэтому оценки разрушительного действия ударной волны (см. гл. 4) будут несколько завышены. В оценках же процесса установления квазистатического давления, изложенных в § 3.4, давление фотонов учтено в соответствующих численных расчетах.

Средством уменьшения воздействия взрывной волны может быть вакууми-рование взрывной камеры. Однако мы не будем рассматривать этот вариант из-за связанных с ним трудностей передачи энергии. Отсутствие атмосферы приведет к очень высокой температуре во взрывной камере, сохраняющейся до тех пор, пока заметная часть защитной стенки не испарится и не установится квазистатическое давление.

§ 3.3. Некоторые свойства ядерной взрывчатки

( 3.3.1. Энергозаряд

\ Схемы энергозаряда для КВС появились в популярных брошюрах с начала

1950-х годов. Но численные значения масс, плотностей и температур, достигаемых в ядерных зарядах, публикуются недавно. В частности, В. Зейфритц [7] достаточно подробно обсуждает возможные конструкции энергозарядов, хотя, как утверждает, разработкой ядерных взрывных устройств не занимался. Довольно много количественных характеристик ДТ-смеси, способной к термоядерной вспышке, появляется в результате работ по инерциальному термоядерному синтезу (ИТС). Эти характеристики не подтверждены опытом с фактическим достижением горения, но



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов