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

Ротк 1 = PNa

-PNa

(4.26)

про л

PNaC

при прод X плотность фронта откольной массы уменьшается со временем по закону

PoTKl -РНа

PNaC

4Р /

ст прол

(4.27)

При необходимости можно установить и степень раздробленности в месте нахождения последующих откольных слоев.

Картина плоских откольных слоев, конечно, не будет наблюдаться, так как поверхность не является идеально плоской, а прочность жидкого натрия на разрыв зависит от многих факторов. Скорее всего, откольная масса будет состоять из капель (или слоев), имеющих плотность жидкого натрия и отделенных друг от друга аргоном. Эта натриево-аргоновая смесь характеризуется средними значениями Vqj й Рогк Так, уже через 1 мс после откола фронт откольной массы будет иметь среднюю плотность р^ ~ 0,\5р^ , а через 10 мс р^ ~ 0,015р^

Откольная пьшь обладает способностью сжиматься до начальной плотности натрия, не отвечая на сжатие повышением давления. Поэтому ее можно направить в сужающийся канал, изменить направление ее движения, быстро испарить, либо сделать поглотителем энергии пара. Это позволяет создать, например, демпфирующее устройство [48], подготовить часть защитной стенки к быстрому теплообмену. Какова эта часть? Можно показать, что при спаде давления согласно (4.20) часть стенки, способная отколоться, имеет толщину

1 Р

(4.28)

Прочность жидкого натрия вряд ли в условиях КВС окажется больше

500... 1000 атм, и при Р^ ~\0шш толщина откольной массы Р> составит

20...40 см. Полная же откольная масса со всей защитной стенки КВС25 (Щ£ - 50 м, Яз(- = 200 м) может составить 12.. .25 тыс. тонн.

4.6.2. Перемещение и распыление струи

Незначительность действия механического импульса мы уже обсуждали в § 3.5, но некоторые следствия этого проанализируем дополнительно.

Поместим струю из натрия сечением dxd с плотностью р- на расстоянии от центра энергозаряда в атмосфере аргона с плотностью

Рд]. ~ 0,6 кг/м^. На струю будет воздействовать только масса аргона (массой

продуктов взрыва го аргона и натрие)

Скорость натр

то есть при d~\yi вой скорости арго! за время, пока взр назад. Вместе с те годится только дл щаться с разными давления, аналоги' удар испытывают прохождения вол! риться и должна б сит натрий с повер На рис. 4.5 щ чения цилиндриче энергозаряда в ат можно ожидать, ч\

Рис. 4.5. Расчетк

при энерговыдб

на pacctoj

/ - начальное полож плотностью (-30 %); < (-5 %); 6 - фронт прс плотности за фронтом



(4.26)

[ьшается со временем

(4.27)

дробленности в месте

: наблюдаться, так как эдкого натрия на раз-[ масса будет состоять ия и отделенных друг изуется средними зна-ронт откольнои массы

Оме Ротк =0,015р^а.

начальной плотности гому ее можно напра-ния, быстро испарить, ;т создать, например, юй стенки к быстрому (И спаде давления со-пщину

(4.28)

ВС окажется больше массы D. составит 1тн0й стенки КВС25 ян.

I мы уже обсуждали

мнительно.

:тью pja на расстоя-

)гона с плотностью масса аргона (массой

продуктов взрыва можно пренебречь). Соотношение удельных масс налетающего аргона и натриевой струи составит

Аг РАг Na ЦНа 3 pNa

(4.29)

Скорость натрия в этом случае будет равна

VнaVдiP% = 2.10-д^, 3 Рна d

(4.30)

то есть при <i = 1 м и расстоянии до заряда 20 м он приобретет только 4% массовой скорости аргона на фронте ударной волны. Струя практически не сдвинется за время, пока взрывная волна дойдет до защитной стенки, отразится и пойдет назад. Вместе с тем, рассуждение о неподвижности струи при ядерном взрыве годится только для центра масс струи. Отдельные части струи будут перемещаться с разными скоростями. На лобовой поверхности струи возникает скачок давления, аналогичный тому, который происходит на стенке. Меньший по силе удар испытывают боковые поверхности и тыльная (задняя) часть струи. После прохождения волны струя, претерпевшая ударное сжатие, стремится расшириться и должна бы даже разлететься. Движущийся за фронтом волны газ сносит натрий с поверхности струи.

На рис. 4.5 приближенно воспроизводится пример двумерного расчета сечения цилиндрической струи из натрия, помещенной на расстоянии 50 м от энергозаряда в атмосфере гелия. Расчет в атмосфере аргона не проводился; можно ожидать, что в аргоне разрушение струи будет не меньшим.


.......

..........Illiiiiiiiijiiiiiii lllllln

llll

III

15 m

Рис. 4.5. Расчетная деформация натриевой струи радиусом 20 см ударной волной

при энерговыделении Q = ю' * Дж в атмосфере гелия с плотностью 0,06 кг/м^

на расстоянии -50 м от центра камеры через ~150 мкс после взрыва:

/ - начальное положение струи; 2 - плотная часть (-40 % массы); 3 - масса с вдвое меньшей плотностью (-30 %); 4 - масса низкой плотности (-25 %); 5 - масса совсем низкой плотности (-5 %); 6 - фронт прошедшей ударной волны; 7 - направление движения горячего гелия низкой плотности за фронтом ударной волны



Около половины массы струи оказывается растянутой в тонкие слои, срываемые с ее боковых поверхностей. Эти слои должны легко прогреваться и испаряться. Процесс ускоряется еще и тем, что до прихода ударной волны натрий придет в движение от воздействия энергии проникающего излучения ((2цзл ) Это явление, известное под термином тепловой удар , требует дополнительного пояснения.

4.6.3. Дробление излучением

Рассматривая термоядерные реакции (§ 3.3), мы установили, что на 43,2 МэВ термоядерной энергии образуется 2 нейтрона. Энергия присоединения нейтрона к элементам средней части таблицы Менделеева составляет около 6...8 МэВ. За счет этих нейтронов можно получить ~14 МэВ дополнительной энергии в виде у-квантов и 3-излучения. Это составляет ~25 % общего энерговыделения. Часть этой энергии выделяется мгновенно, а часть может выделяться в течение часов.

Энергия испарения натрия около 4 МДж/кг, столько же составляет энерговыделение тротила. Значит, энергией излучения можно было бы испарить до 250 кг натрия на каждую тонну тротилового эквивалента взрыва. При удельном объеме

камеры 120 м^/т т. э. за счет энергии излучения можно было бы испарить

столько натрия, что плотность его паров стала бы pjs ~ 2 кг/м^. В § 3.2 мы приняли энергию, связанную с излучением

е„зл=(од...о,2) Q.

Однако за счет теплового удара от излучения можно раздробить даже больше натрия, чем испарить. Если на единицу массы будет поглощена энергия зд, то натрий окажется нагретым на ДГ ~ зд /Су (где Су - теплоемкость) и будет стремиться изменить свой объем на ДУ-рДГУд, либо линейный размер на

Соотношение между линейным (а) и объемным (3) коэффициентами расширения зависят от того, куда сможет двинуться разогретый натрий.

При одномерном (плоский слой) разлете а = 3, при двумерном (струя на-

трия) а = - р и при трехмерном ( маленькая капля) а = - Р .

Малост* размера определяется соотношением между размером слоя натрия и пробегом звука за время разогрева. Если разогрев произошел быстро, возникнут большие давления и натрий начнет разлетаться, преодолевая динамическую прочность, со скоростью Уразд, которую приблизительно можно оценить

для одномерного разлета как

м/с] = саДГ-ср = 750 зд [МДж/кг].

(4.31)

где Су = 1,2кДж/(кгтрад); р-3-10 град

Это выражеш температуру -120 и часть натрия nq первых оценок фо]

Оценим ПЛОТ!:

которая находится ЧТО энергия излуче

Ф

с - скорость звука в Na.

Для простоть в натрии в гамма-

в натрии к - 400 к Тогда плотное

Отсюда и из (Ji

Не совсем o6i

говыделения q°{

скорость разлета

( = 0,7 МДж/кг) V

В приближен! большее перемеще ленного натрия. J\ рость разлета равн

Время прихс

(гзc[м]-l8e/ЗJI

Р где Гзс[мс]-Лз(?



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